Transformatori-el.masini I Pogoni 334h50

ELEKTROTEHIČKI FAKULTET SVEUČILIŠTA J.J.STROSSMAYERA U OSIJEKU

MILICA PUŽAR, IVA MADIĆ

TRASFORMATORI I ELEKTRIČI ROTACIJSKI STROJEVI Predavanja

Osijek, 2007.

TRANSFORMATORI Literatura

UVOD

Anton Dolenc: Dolenc: Transformatori I i II, skripta, skripta, Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu Elektrotehnič Elektrotehnički fakultet, fakultet, Zagreb, 1991. Drago Ban: Zbirka zadataka iz transformatora, transformatora, skripta, skripta, Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu - Elektrotehnič Elektrotehnički fakultet, fakultet, Zagreb, 1971. KONČ KONČAR -grupa autora: autora: Tehnič Tehnički priruč priručnik, nik, KONČ KONČAR Elektroindustrija d.d., d.d., Zagreb, Fallerovo šetališ etalište 22, 1991.

UVOD

UVOD 20/0.4 kV

Energetski transformator – statič statički električ električki uređ uređaj. aj.

110/20 kV

Prenosi električ električnu energiju s mrež mreže jednog nivoa napona na mrež mrežu drugog ili jednakog nivoa napona. napona. primarni namot

sekundarni namot

primarni namot

15 kV 15/400 kV 400/110 kV sekundarni namot

T

D

T

P

T

P

T

~ G

T

110/20 kV

20/0.4 kV M

Simbol dvonamotnog transformatora

T

sekundarni namot

T M

Simbol tronamotnog transformatora

Transformira se napon - snaga ostaje približ približno ista.

UVOD

Transformiranje ransformiranje napona u elektroenergetskom sistemu

UVOD

provodni izolatori konzervator

jezgra kotao

niskonaponski namot visokonaponski namot

Osnovne izvedbe

Transformator u polupresjeku

Sastavni Sastavni dijelovi: ijelovi: aktivni aktivni dio: dio: željezna eljezna jezgra jezgra, primarni primarni i sekundarni sekundarni namoti namoti, konstrukcijski konstrukcijski di dio, izolacijski izolacijski dio dio.

1

UVOD

UVOD jezgra

Osnovne izvedbe transformatora

Osnovne izvedbe transformatora gornjenaponski namot

jezgra jezgra

donjenaponski namot

donjenaponski namot

gornjenaponski namot

Trofazni jezgrasti transformator

donjenaponski namot jezgra



Jednofazni jezgrasti transformator

Jednofazni ogrnuti transformator

donjenaponski namot

Trofazni ogrnuti transformator

Osnovne izvedbe jednofaznog transformatora

UVOD

Namoti

Osnovne izvedbe trofaznog transformatora

jezgra sekundarni namot

UVOD Namoti

primarni namot

Primarni namot primar) ) - namot koji priključ čujemo primartransformator prikljuogrnuti Jednofazni (jezgrasti Jednofazni transformator na izvor energije. energije. Sekundarni namot (sekundar) sekundar) - namot u kojem dobijemo transformiranu električ električnu energiju i na koji priključ priključujemo troš trošilo.

UVOD Podjela namota prema velič veličini (visini) napona: gornjenaponski namot i donjenaponski namot. namot.

UVOD

Namoti

jezgra donjenaponski namot

Prijenos energije gornjenaponski namot

Broj zavoja primarnog i sekundarnog ne Jednofazni jezgrastinamota transformator mora biti jednak. jednak.


2

UVOD

UVOD

Prijenos energije

Prijenos energije – obavlja izmjenič izmjeničnog magnetskog toka. toka.

se

posredstvom

Rad transformatora se zasniva na električ električkim i magnetskim pojavama koje povezuju povezuju ukupno protjecanje v v zakon protjecanja: protjecanja: H ⋅ d l = Θ ∫ l Fe

duljina silnice u željezu

Osnovna pogonska stanja

jakost magnetskog polja u jezgri

zakon elektromagnetske indukcije: indukcije: inducirani napon

e=−

dΦ dt

vremenska promjena magnetskog toka

broj zavoja

UVOD

UVOD Osnovna pogonska stanja

Rad transformatora pogon pogonskim stanjima. stanjima.

se

promatra

u

osnovnim

1. glavna jednadžba

Osnovna pogonska stanja: prazni hod – stezaljke sekundara su otvorene, otvorene, optereć opterećenje – na sekundar je priključ priključeno troš trošilo, ilo, kratki spoj – stezaljke sekundara su kratko spojene. spojene.

UVOD

UVOD

Prva glavna jednadž jednadžba transformatora

Prva glavna jednadž jednadžba transformatora

U svakom zavoju (u oba namota) namota) inducira se jednaki napon jer oni obuhvać obuhvaćaju jednak magnetski tok. tok. Inducirani napon primarnog namota: efektivna vrijednost 2 E1 = π ⋅Φ m ⋅ f ⋅ 1 napona 2 magnetski tok

frekvencija

frekvencija

primarni inducirani napon sekundarni inducirani napon

E1 1 = E2 2

broj zavoja primara broj zavoja sekundara

broj zavoja primara

Inducirani napon sekundara – aktivni napon: napon: efektivna vrijednost 2 E2 = π ⋅Φ m ⋅ f ⋅ 2 napona broj zavoja 2 magnetski tok

Naponska jednadž jednadžba transformatora: transformatora

sekundara

Primarni krug - priključ priključen na napon U1. Pretpostavka: otpor primarnog namota R1 = 0 vrijedi: vrijedi: Proizlazi

U 1 = E1

prva glavna jednadž jednadžba transformatora: transformatora:

U1 1 = U2 2

3

UVOD

UVOD

Druga glavna jednadž jednadžba transformatora

Pretpostavka: transformator - nema gubitaka (!). (!). Snaga koju uzima iz mrež mreže jednaka je snazi koju predaje troš prividna snaga trošilima ilima:: radna snaga

2. glavna jednadžba

sekundara

prividna snaga primara

S1 = S 2

primara

⇒

P1 = P2

U 1 I1 = U 2 I 2 ⇒

I1 U 2 = I 2 U1

Prividne snag e: snage:

Druga struja primara glavna jednadž jednadžba transformatora: transformatora: struja sekundara

radna snaga sekundara

I1 2 = I 2 1

UVOD Glavne lavne jednadž jednadžbe transformatora

Glavne jednad žbe pokazuju: jednadž pokazuju:


gornjenaponski namot ima viš više zavoja (puno zavoja od tanke žice) i kroz njega teč teče slabija struja,

PRINCIP RADA TRANSFORMATORA

donjenaponski namot ima manje zavoja (malo zavoja od debele žice) i

Jednofazni jezgrastigornjenaponski transformator

kroz njega teč teče jač jača struja.


namot

IDEALNI TRANSFORMATOR

IDEALNI TRANSFORMATOR

Prazni hod

Prazni hod

arinuti napon U1 potjera takvu struju I1 =Iµ

jezgra transformatora

I1

I1 U1

E1

1 Φ

E2

koja sa svojim protjecanjem stvori takav magnetski tok Φ

broj zavoja primarnog namota

S Fe l Fe

2

površina presjeka jezgre

Φ

primarni namot srednja duljina silnica sekundarni namot broj zavoja sekundarnog namota

1

U 1 E1

U 2 E2

2

l Fe

da njegova promjena inducira napon E1 koji drž drži ravnotež ravnotežu narinutom naponu. Istovremeno se zbog promjene magnetskog toka inducira napon E2 u sekundarnom namotu.

Ako je sekundarni krug otvoren, u sekundarnom namotu ne teč teče struja, I2=0A, pa napon U2 na stezaljkama iznosi: iznosi: U2 = E2

4

PRINCIP RADA TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA Priključ Priključimo li troš trošilo u sekundarni krug, sekundarni sekundarni napon transformatora potjera struju I2 kroz sekundarni namot (tro (troššilo i namot):

I1

1 R1

U 1 E1 I2 ZT

Φ

2 R2

U2 E2

I2 =

l Fe

E2 Z2

Struja I2 teč teče kroz zavoje sekundarnog namota i čini novo novo protjecanje:

Θ2 = I2 2 Impedancija troš trošila

Ukupno protjecanje u magnetskom krugu

Z T = RT ± j X T

Θ = 1 I1 − 2 I 2

PRINCIP RADA TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA Struja kroz sekundar naruš naruši ravnotež ravnotežu u magnetskom krugu, stvorenu u praznom hodu: protjecanje se promijeni (smanji se), magnetski tok se promijeni (smanji se), inducirani naponi se promijene (smanje se). Transformator povuč povuče dodatnu struju tereta I1t iz izvora napajanja da se uspostavi prijaš prijašnji magnetski tok i ravnotež ravnoteža napona u primarnom krugu. Protjecanje dodatne struje primara

Dodatna struja primara

1 I1t = 2 I 2

I 1t =

2 I2 1

PRINCIP RADA TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA Snaga koju transformator uzima iz mrež mreže:

U 1 I 1 * = U 1 I µ * +U 1 I 0r * +U 1 I 1t *

REALNI TRANSFORMATOR

konjugirano-kompleksne struje

Transformator uzima iz mrež mreže: jalovu snagu za magnetiziranje željeza, eljeza, radnu dnu snagu za pokrivanje gubitaka u željezu i prividnu snagu koliku sekundarno predaje troš trošilu! ilu!



struja praznog hoda

I0 1 U1

E1 R1 Xσ1

rasipna rektancija primara

2 R2 E 2 Xσ2

U2 rasipna rektancija sekundara

Struja magnetiziranja

I2=0 U2= E2 Shematski prikaz jednofaznog realnog transformatora u praznom hodu

5

REALNI REALNI TRANSFORMATOR




Uzbudno protjecanje stvara magnetski magnetski tok u jezgri. jezgri. Protjecanje ovisi o:

Tjemena vrijednost magnetskog toka: toka: Φm =

potrebnoj velič veličini magnetskog toka u jezgri, jezgri, geometrijskim dimenzijama jezgre, jezgre, magnetskim karakteristikama limova od kojih je napravljena jezgra. jezgra.

Indukcija Bx na presjeku jezgre Sx iznosi: iznosi:

Bx=

Φt Sx

trenutna vrijednost magnetskog toka

Promjena indukcije u željeznoj jezgri - po petlji histereze. histereze.

Pretpostavke retpostavke: magnetski tok je jednolik po presjeku jezgre, jezgre,

Za svaku trenutnu vrijednost magnetske indukcije iz petlje histereze odredi se pripadna jakost magnetskog polja. polja.

nema rasipnog magnetskog toka: toka:

Φm = konst .





Jakost magnetskog polja – treba odrediti na svim mjestima u jezgri. jezgri. Potrebno protjecanje Θ struje magnetiziranja i0 (trenutna trenutna vrijednost) - prema zakonu protjecanja: protjecanja:

Φ Φm

Φt

r r r ∫ H d l = i0 1 r Vektori ektori H i d l kolinearni: ∫ H d l = iµ 1

u

Integracija - posebno za dio puta kroz željezo i dio čista struja radna komponenta puta kroz zrak: zrak: magnetiziranja

struje magnetiziranja

)

1 ( H Fe d l + ∫ H δ d l = i0 = iµ + i0r 1 ∫

0

Im I

i0 i µFe

ih 0o

90 o

ωt

Statič Statička petlja histereze i valni oblik napona, napona, toka i struje

REALNI REALNI TRANSFORMATOR Struja magnetiziranja

REALNI REALNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR Struja magnetiziranja

Struja magnetiziranja i0 nije sinusna: sinusna:

Φ Φm

i0 = i0r + iµ Sadrž adrži:

Φt u

Im 0

U1 4,44 f 1

I

i0

radnu komponentu i0r koja je --sinusna --sinusna --u --u fazi s narinutim naponom --pokriva --pokriva gubitke histereze i vrtlož vrtložnih struja, struja,

i µFe

ih

0

o

i v 90o

ωt

Dinamič Dinamička petlja histereze i valni oblik napona, napona, toka i struje

jalovu komponentu iµ koja --nije --nije sinusna (osnovni harmonik zaostaje za naponom mrež mreže za 900 + viš viši harmonici) harmonici) --potrebna --potrebna je za magnetiziranje željeza eljeza -(iµFe) i zrač zračnog raspora (iδ - zanemarujemo).

6

REALNI REALNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR




Radna komponenta i0r - određena gubicima histereze i vrtlož vrtložnih struja: struja:

Specifič Specifični gubici histereze iznose: iznose:

p Fe,h = k h f Bm

i0r = i h + i v

x

konstanta materijala

Eksponent x ovisi o indukciji:

Gubici histereze ovise o: obliku petlje histereze ( o kvaliteti transformatorskog lima), maksimalnoj vrijednosti indukcije, indukcije, broju premagnetiziranja jezgre u sekundi (frekvenciji napajanja). napajanja).

do B=1T iznosi oko 1.6, za 1T< B <1,6T približ približava se vrijednosti 2, iznad B=2T x bitno raste

Ukupni gubici histereze: histereze:

U praksi - empirijs ke formule za određivanje empirijske određivanje specifič specifičnih gubitaka [W/kg] [W/kg]..

masa željeza

P Fe,h = p Fe,h mFe





Specifič pecifični gubici vrtlož vrtložnih struja: struja: Promjena magnetskog toka inducira u jezgri vrtlož vrtložne struje koje su u fazi s naponom. naponom.

konstanta materijala

p Fe,v = kv f 2 Bm

Vrtlož Vrtložne struje stvore novo protjecanje.

Ukupni gubici vrtlož vrtložnih struja :

Iz mrež mreže poteč oteče dodatna struja iv koja nadoknađ nadoknađuje gubitke vrtlož vrtložnih struja. struja.

Smanjenje vrtlož vrtložnih struja: struja:

Vrtlož Vrtložne struje su proporcionalne kvadratu indukcije indukcije i frekvencije frekvencije. Gubici rastu s kvadratom struje. struje.

2

P Fe,v = p Fe,v mFe

sastavljanjem jezgre od izoliranih transformatorskih limova debljine 0.35 mm, poveć povećanjem električ električkog otpora limova legiranjem sa silicijem do 4.5%.


Ukupni gubici u željezu - pomoć pomoću specifič specifičnih gubitaka kod frekvencije 50 Hz i indukcije 1 T: T:

f  x P Fe =  p Fe,h(1T) Bm + p Fe,v(1T) 50 

2  f   B  m   m Fe  50  

ili kod indukcije 1.5 T: T: x 2  f  Bm   f Bm   P Fe =  p Fe,h(1.5T)    m Fe  + p Fe,v(1.5T)  50  1,5   50 1,5    f 2 Bm m Fe U praksi - pojednostavljeno: pojednostavljeno: P Fe = p Fe (1T) 50

Specifič Specifični gubici u željezu

Ukupni specifič pecifični gubici kod 1 T pFe(1T) za određ određenu vrstu lima se odrede mjerenjem. mjerenjem.

a) toplovaljani lim 0,5 mm, mm, b) toplovaljani lim 0,356 mm, mm, c) orijentirani lim 0,356 mm.

7

B[T]


c)

1,5

Kakvoć Kakvoća transformatorskih limova - razlika razlika u:

b)

specifič specifičnim gubicima i krivulji magnetiziranja. magnetiziranja.

a)

1,0

Krivulja magnetiziranja željeza - ovisnost indukcije o jakosti magnetskog polja: polja: 0,5

Bm = f ( H m ) Za prorač proračun - krivulja prvog magnetiziranja. magnetiziranja. Odredi se mjerenjem magnetiziranjem. magnetiziranjem.

0,2

0

250

500

750

H [ A/m ]

Krivulje prvog magnetiziranja a) toplovaljani lim 0,5 mm, mm, b) toplovaljani lim 0,356 mm, mm, c) orijentirani lim 0,356 mm.

istosmjernim





Napon mrež mreže - opć općenito: enito: u1 =

2 U1 cos ω t

Struju magnetiziranja I0 mož možemo predoč predočiti pomoć pomoću dviju komponenata: komponenata: I0r - radna i sinusna, sinusna,

Struja magnetiziranja željeza iµFe ima osnovni osnovni harmonik i viš više harmonič harmoničke članove (zbog nelinearnosti krivulje maagnetiziranja). Viš Viši harmonici ne mogu s naponom mrež mreže dati nikakav radni učin (nisu iste frekvencije kao napon) napon).

Iµ - jalova i nesinusna. nesinusna.

Radna komponenta struje magnetiziranja (u (u fazi s naponom): naponom):

I 0r = I h + I v

Odredi Odredi se pomoć pomoću gubitaka u željezu: eljezu:

I 0r =

PFe E1

Viš Viši harmonici poveć povećavaju efektivnu vrijednost struje magnetiziranja. magnetiziranja.

Iµ - nadomjesti se ekvivalentnom sinusnom strujom osnovne frekvencije i iste efektivne vrijednosti. vrijednosti.





Ukupna struja magnetiziranja - fazorski zbroj radne i jalove komponente: komponente:

I 0 = I µ + I 0r Kod transformatora velikih snaga - struja praznog hoda I0 zanemariva. zanemariva. Iznosi samo nekoliko % nazivne struje. struje.

E1

I0 I 0r

Iµ

Φm

Fazorski dijagram struje magnetiziranja realnog transformatora

8





Čista struja magnetiziranja - pomoć pomoću jalove snage potrebne za magnetiziranje 1kg lima pFe,j : 1 I µFe specifična masa željeza 4,44 f S Fe Bm l Fe E1 I µFe l Fe pFe, j = = srednja duljina γ Fe S Fe l Fe m Fe silnica u jezgri Efektivna fektivna vrijednost jakosti magnetskog polja odredi odredi se Epstein aparatom: aparatom: I

H ef =

1 µFe

l Fe

Mjer Mjerii se efektivna efektivna vrijednost struje magnetiziranja i gubitaka kod raznih indukcija. indukcija.

p 8

F e j

Mjerenjem se odredi krivulja krivulja magnetiziranja: magnetiziranja:

Bm = f ( H ef ) Specifič Specifična jalova snaga: snaga:

4,44 f Bm H ef

pFe, j =

γ Fe

γFe je specifič specifična masa željeza (7,6· 7,6·103 kg/m3). Krivulja specifič specifičnih jalovih gubitaka: gubitaka:

pFe, j = f ( Bm )

[ VAr/kg ]


7

Struja magnetiziranja željeza: eljeza:

6

5

I µFe =

a)

pFe, j m Fe

4

E1

ukupni jalovi gubici

I µ = I µFe + I δ

c)

2

Utjecaj zrač zračnog raspora se ne mož može egzaktno uzeti u obzir - ovisi o:

1

0,5

Pj

Ukupna jalova struja magnetiziranja: magnetiziranja:

b)

3

E1

=

1

1,5

B [T] m

Specifič Specifična jalova snaga za sinusni tok a) toplovaljani lim 0,5 mm, mm, b) toplovaljani lim 0,356 mm, mm, c) orijentirani lim 0,356 mm.


Gubici u namotima

kakvoć kakvoći proizvodnje, proizvodnje, kakvoć kakvoći limova, limova, velič veličini transformatora. transformatora.

REALNI REALNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR Gubici u namotima

Ukupni gubici gubici u namotima: namotima:

PCu = PCu1 + PCu2

Gubici u primarnom primarnom namotu: namotu:

PCu1 = I1 R1

Gubici u sekundarnom sekundarnom namotu: namotu:

PCu2 = I 2 R2

Radni otpor vodič vodiča:

R=ρ

specifični otpor bakra

2

l Cu q

2

duljina vodiča

presjek vodiča

Specifič pecifični otpor bakra ρ = 0,0175· 0,0175·10-6 Ωm.

9



Gubici u namotima

Gubici u namotima

Radni otpor otpor ovisi o temperaturi bakra: bakra:

Rϑ = R a (1 + α ∆ϑ )

otpor vodiča u toplom stanju

otpor vodiča u hladnom stanju

promjena temperature

temperaturni koeficijent otpora bakra

Iz mjerenih vrijednosti otpora u hladnom i toplom stanju odredi se temperatura namota. namota. Temperatura namota: namota:

Temperaturni koeficijent otpora bakra α = 0,0039 K-1.

ϑ=

Poveć ovećanje temperature:

∆ϑ = ϑ − ϑ a ϑ je temperatura bakra kod koje otpor iznosi Rϑ. ϑa je temperatura okoline kod koje otpor iznosi Ra (obič (obično je to

20o

C).

Specifič Specifični gubici – pomoć pomoću iskustvenih iskustvenih vrijednosti specifič specifičnih optereć opterećenja bakra. bakra.


Gubici u namotima

Gubici u namotima

J = 1,5 -2 · 106 A/m2 J = 2,5 -3,5 ·

U tehnici se rač računa sa specifič specifičnim gubicima [W/kg] W/kg].


Specifič pecifična optereć opterećenja bakra kod nazivne struje koja iznose: iznose: 106

1 Rϑ − Ra + ϑa α Ra

A/m2

Masa bakra: bakra:

m Cu = γ Cu l Cu q

kod suhih transformatora, transformatora,

Specifič pecifična masa bakra γCu =8,92· 8,92·103 kg/m3.

kod uljnih transformatora. transformatora.

Specifič Specifični gubici :

Gubici u bakru namota – pomoć pomoću specifič specifičnog optereć opterećenja: enja:

l Cu q

PCu = I 2 R = ( Jq ) 2 ρ

Iz gubitaka i specifič specifičnog optereć opterećenja - masa bakra i obrnuto. obrnuto.

REALNI REALNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR Gubici u namotima

Gubici u bakru namota: namota:

PCu ρ =J2 mCu γ Cu


PCu = U r I Ur = I R

Pad napona na otporu namota: namota:

u postocima nazivnog 100 U r 100 I n R % ur = = napona: napona:

Un

Un

Gubici u bakru namota 2 u odnosu na nazivnu 100 PCu 100 I n R snagu: snagu: % pCu = =

Pn

Rasipanja

In Un

Procentualna vrijednost gubitaka u namotu jednaka je procentualnoj vrijednosti radnog pada napona na tom namotu: namotu: p %=u % Cu

r

10



Rasipanja

Rasipanja


Najveć ajveći dio magnetskog toka prolazi kroz jezgru i zatvara se kroz oba namota. namota.

Φgl


To je glavni magnetski tok Φgl . Dio toka se zatvara i kroz zrak. zrak. Ne obuhvać obuhvaća ob oba namota - ne učestvuje u transformaciji. transformaciji.

Φσ

To je rasipni magnetski tok Φσ . Magnetsko polje optereć opterećenog transformatora



Rasipanja

Rasipanja

Silnice, Silnice, koje se zatvaraju samo oko primarnog zavoja, zavoja, predstavljaju rasipni tok primarnog svitka Φσ1. Φσ1 uzrokuje induciranje protunapona u primarnom svitku. svitku. Promatra se kao induktivni pad napona u primarnom svitku. svitku.

Rasipni magnetski tok Φσ2 - silnice koje se zatvaraju samo oko sekundarnog svitka. svitka. Φσ2 uzrokuje induciranje sekundarnom sekundarnom svitku. svitku.

protunapona

u

Inducirani napon usljed Φσ2 se tretira kao induktivni pad napona na sekundaru. sekundaru.



Rasipanja

Rasipanja

Φgl 2t Rasipne silnice - ne zatvaraju se oko svih zavoja pripadnog svitka. svitka.

Φσ1t

Ekvivalentni rasipni magnetski tok - konstantan za pripadni namot. namot. Inducira isti protunapon kao stvarni rasipni tok. tok. Dobije se jednostavna slika glavnog i rasipnih tokova. tokova.

Φgl 1t Φσ 2t Pojednostavljena slika magnetskog polja optereć opterećenog transformatora

11



Rasipanja

Rasipanja

Rasipanja Rasipanja određ određuju rasipne induktivitete. Φgl1t je glavni magnetski tok (trenutna vrijednost) vrijednost) ako teč teče samo struja i1 kroz primarni namot .

Ukupni primarni induktivitet L1 je određen određen ukupnim tokom koji stvara primarna struja i1:

(Φgl1t + Φσ1t ) 1

Φgl2t je glavni magnetski tok (trenutna vrijednost) vrijednost) ako teč teče samo struja i2 kroz sekundarni namot. namot.

L1 =

Obuhvać buhvaćaju sve zavoje oba namota. namota.

L1 ⋅ i 1

Rasipni tok

Φσ1t i Φσ2t su rasipni tokovi (trenutne vrijednosti) vrijednosti) primarnog i sekundarnog namota. namota.

Φσ1t :

Φσ1t =

1

L σ1 =

Rasipni induktivitet primara: primara:



Rasipanja

Rasipanja

Međ Međuinduktivitet izmeđ između primara i sekundara ulanč ulančenje glavnog toka primara sa zavojima sekundara (i obrnuto). obrnuto). Međ Međuinduktivitet izmeđ između primara i sekundara: sekundara:

M=

Φgl1t 2 i1

=

Rasipni induktivitet primara: primara:

Φgl 2 t 1 i2

L σ1 = L1 −

2

M

− Φgl1t

Φσ1t 1 i1

Analogno ukupni sekundarni induktivitet: induktivitet:

L2 =

(Φgl 2 t + Φσ 2 t ) 2 i2

Rasipni induktivitet sekundara: sekundara:

L σ2 = L 2 −

1

i1

2 M 1

Rasipni magnetski tokovi se promatraju u odnosu na glavni tok. tok.

REALNI REALNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR Rasipanja

Blondelov faktor definira ukupno rasipanje: rasipanje:

σ = 1−

M2 L1L 2

Rasipna reaktancija primarnog namota: namota:

Nadomjesna shema

X σ1 = ω L σ1 Rasipna reaktancija sekundarnog namota: namota:

X σ2 = ω Lσ2

12



Nadomjesna shema

Nadomjesna shema

i1

i2 1

u1

Naponske jednadž jednadžbe transformatora: transformatora:

e1 R1 Xσ1 rasipna rektancija primara

2 u2

R2 e 2 Xσ2

ZT

rasipna rektancija sekundara

d ( L1 i1 − M i2 ) dt d u2 = − R2 i 2 + ( M i1 − L2 i2 ) dt

Vrijedi rijedi za sva pogonska stanja. stanja. Struja i2 - s negativnim predznakom (njezino protjecanje ruš ruši magnetski tok stvoren u primarnom krugu) krugu).



Nadomjesna shema

Nadomjesna shema

Pretpostavka - induktiviteti konstantni: konstantni:

Induktiviteti konstantni - ispunjeno za transformator bez željezne jezgre. jezgre.

d u 1 = R1 i 1 + ( L1 i1 − M i 2 ) dt d u2 = − R2 i 2 + ( M i1 − L2 i 2 ) dt

Transformator sa željez eljeznom promjenljivi permeabilitet.

di di u 1 = R 1 i 1 + L1 1 − M 2 dt dt d i1 di u2 = − R2 i 2 + M − L2 2 dt dt

2 i2 1

ima

Pretpostavka: retpostavka: za neku radnu toč točku permeabilitet konstantan - induktiviteti konstantni! konstantni! Pretpostavka: Pretpostavka: nema gubitaka u željeznoj jezgri! jezgri!


Nadomjesna shema

Nadomjesna shema Rasipni induktivitet primara

Struja u sekundarnom namotu

i2 =

1 ( i1 − iµ ) 2

d i1 di −M 2 dt dt d i1 di − L2 2 u2 = − R2 i 2 + M dt dt 1 d i1 1 d iµ +M ) u1 = R1i 1 + ( L1 − M 2 d t 2 d t di di u2 = − R2 i 2 − ( L2 − M 2 ) 2 + M µ dt 1 dt

u 1 = R 1 i 1 + L1

jezgrom

Permeabilitet ovisi o jakosti magnetskog polja i indukciji u jezgri.

REALNI REALNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR Struja u primarnom namotu

aponske jednadž jednadžbe

realnog

u1 = R1 i 1 +

Shematski prikaz optereć opterećenog jednofaznog realnog transformatora

i 1 = i µ + i 1t = i µ +

optereć opterećenog

L σ1 = L1 −

1 2

Rasipni induktivitet sekundara

M

L σ2 = L 2 −


u1 = R1i 1 + L σ1

d i1 dt

u2 = − R2 i2 − L σ2

+M

1 d iµ 2 d t

di d i2 +M µ dt dt

2 M 1 Inducirani napon primara

e1 = M

1 d iµ 2 d t

Inducirani napon sekundara

e2 = M

d iµ dt

13



Nadomjesna shema

Nadomjesna shema


u1 = R1i 1 + L σ1

d i1

+ e1

E2

dt di u2 = − R2 i2 − L σ2 2 + e 2 dt

e 2 = u2 + R2 i2 + L σ2

d i2 dt

U 1 = E 1 + ( R1 + j ωLσ1 ) I 1 E 2 = U 2 + ( R2 + j ωLσ2 ) I 2

  I 2'= 2 I 2 R2 ' =  1  R2 E2'= E2 1 1  2  2 2  1  1 U 2'= U 2  X σ2 X σ2 ' =  2  2 

X σ2 = ω L σ2 ⋅

2

Svedene velič veličine sekundara

X σ1 = ω L σ1

aponske jednadž jednadžbe – pomoć pomoću fazora

2 2    1   = U 2 1 +  1  R2 + j  1  X σ2  ⋅ 2 I 2 2 2  2   1  2  

1 2


U 1 = E 1 + ( R1 + j X σ1 ) I 1

2

E2

1   = U 2 1 +  1  ( R2 + j X σ2 ) 2 I 2 2 2  2  1

E 2 ' = U 2 '+ ( R2 '+ j X σ2 ' ) I 2 '



Nadomjesna shema

Nadomjesna shema Inducirani naponi

Sekundarne velič veličine se prerač preračunaju (svedu) svedu) na broj zavoja primarnog namota. namota.

E1 = j ω M

Sve pogonske nepromijenjene. nepromijenjene.

E2'= j ω M

osobine

transformatora

-

Magnetske prilike u transformatoru se ne smiju promijeniti !

Xm =

Iµ

E1 = ωM 1 Iµ 2

To su jednadž jednadžbe četveropola – nadomjesna shema transformatora (bez gubitaka u željezu).


Nadomjesna shema rasipna reaktancija radni otpor sekundarnog namota, svedena na primar sekundarnog namota, sveden na primar

jXσ2'

Glavna reaktancija

U 1 = j X m I µ + ( R1 + j X σ1 ) I 1


jXσ1

2

Iµ

j X m I µ = U 2 '+ ( R2 '+ j X σ2 ' ) I 2 '

1 k12 = 1 = 2 k 21

R1

2 1

aponske jednadž jednadžbe – konač konačni oblik

Prijenosni omjer transformatora

rasipna reaktancija primarnog namota radni otpor primarnog namota

1

Nadomjesna shema

R2'

I1

Nadomjesna shema transformatora bez gubitaka u jezgri

jXσ1

I2' jXσ2'

R2'

Iµ

glavna reaktancija

jXm

R1

U1

jXm

E1

U2'

ZT'

Nadomjesna shema optereć opterećenog transformatora bez gubitaka u jezgri

14



Nadomjesna shema

Gubici u jezgri transformatora nadomjesnog nadomjesnog otpora otpora RFe: 2

–

pomoć pomoću

 E  2 PFe = I 0r R Fe =  1  R Fe  R Fe 

Nadomjesni otpor za gubitke u željezu RFe :

Nadomjesna shema rasipna reaktancija rasipna reaktancija sekundarnog namota, radni otpor primarnog namota radni otpor svedena na primar sekundarnog namota, sveden na primar primarnog namota

jXσ1

R1

R2'

jXσ2'

2

R Fe =

E1 P Fe

glavna reaktancija

nadomjesni otpor za gubitke u željezu

Kroz otpor otpor RFe teč teče struja pokrivanje gubitaka u jezgri. jezgri.

I0 r

potrebna

jXm

RFe

Nadomjesni otpor RFe – u nadomjesnoj shemi paralela paralelan s Xm . za

Potpuna nadomjesna shema transformatora



Prazni hod

Prazni hod: sekundar nije optereć opterećen - stezaljke su otvorene, otvorene, primar priključ priključen obič obično na nazivni napon. napon.

Teče struja samo u primarnom namotu – struja struja praznog hoda:

Prazni hod

I1 = I 0

Struja truja praznog hoda mala - zanemariv zanemarivi padovi napona i gubici u primaru. primaru.

U1 E1 1 ≅ = U 2 E2 2

Vrijedi: rijedi:

REALNI REALNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR Prazni hod

REALNI REALNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR Prazni hod

Re

I1=I0 R1

jXσ1

jXσ2'

R2'

E1=E2'

U1 jXσ1I0 E1 = E2 '

R1I0

I µ ⊥ E1

I0 I0r U1

RFe

I 0r ⊥ I µ

Iµ E1

jXm

I 0 = I µ + I 0r

U2' ϕ0

Im

U 1 = ( R1 + jX σ1 ) I 0 + E1

I0 Iµ

Nadomjesna shema transformatora u praznom hodu

I0r

E1 ≅ U1

ϕ0 ≅ 90o

Fazorski prikaz napona i struja transformatora u praznom hodu

15



Prazni hod

Prazni hod

Transformator uzima iz mrež mreže snagu P0 - pokriva gubitke u željezu: eljezu:

P0 ≅ PFe

Pokus praznog hoda - mjerenje: mjerenje:

Zanemaruju anemaruju se gubici gubici u primarnom namotu. namotu.

sekundarnog napona, napona, struje primara i

Struja praznog hoda I0: iznosi cca 3-10 % In kod nazivnog napona, već veća (u % In) kod manjih transformatora.

Snaga praznog hoda P0: iznosi cca 0.30.3-1.4 % Pn kod nazivnog napona,

snage koju transformator uzima iz mrež mreže

kod nazivnog napona. napona. Odrede se gubici u željezu za nazivni rad. rad.

već veća (u % Pn) kod manjih transformatora.



Kratki spoj

Kratki ratki spoj: spoj: sekundarne stezaljke kratko spojene, spojene, primar priključ priključen na neki napon. napon.

Napon na sekundarnim stezaljkama - jednak nuli. nuli.

Kratki spoj

Narinuti napon se troš troši na padove napona u transformatoru. transformatoru. Kratki spoj u pogonu mož može nastupiti uz nazivni napon – struja kratkog spoja je nekoliko puta već veća od nazivne (10 – 20 puta). puta).

REALNI REALNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR Kratki spoj

I1=Ik R1

jXσ1

jXσ2'

I 2'

U1

RFe

To je napon kratkog spoja Uk .

Iµ E1

jXm

Kratki spoj

Pokus kratkog spoja: spoja: na primaru primaru onaj napon koji kroz transformator potjera nazivnu struju. struju.

R2'

I0 I0r


U2'=0

Napon kratkog spoja Uk: puno manji od nazivnog napona (cca 4-12 % Un ), već veći (u % Un) kod već većih transformatora.

Nadomjesna shema transformatora u kratkom spoju

Struja magnetiziranja zanemariva - napon kratkog spoja je malen:

I µ≈ 0

⇒

I1 = I 2'= I n

16


I1=In R1

jXσ1

I2'=In jXσ2'


Struja u pokus u kratkog spoja – jednaka nazivnoj pokusu struji. struji.

R2'

Radni i induktivni naponi naponi u primaru i sekundaru kao u nazivnom radu. radu. U1= Uk

U2'=0

E1

Ukupni Ukupni napon na radnim otporima: otporima:

U r = R 1 I 1 + R2 ' I 2 ' = (R 1 + R2 ' ) I n Ukupni Ukupni napon na rasipnim reaktancijama: reaktancijama:

U σ = j X σ1 I 1 + j X σ2 ' I 2 ' = j ( X σ1 + X σ2 ' ) I n

Nadomjesna shema transformatora kod pokusa kratkog spoja



Kratki spoj

Kratki spoj

Napon kratkog spoja – fazor:

Uk = Ur +Uσ

Napon kratkog spoja – efektivna vrijednost:

Uk = Ur + Uσ

jX σ1 I 1

2

Naponi Naponi - u postocima nazivnog napona: napona:

uk =

Uk ⋅ 100 Un

Uσ

2

I 2'= I1 = I n

E1

ur =

Ur ⋅ 100 Un

uσ =

Uσ ⋅ 100 Un

Uk

I 1 R1 jX σ 2 ' I 2 '

Uk

I1 = I n

Ur

I 2 ' R2 ' Fazorski dijagram transformatora u kratkom spoju



Kratki spoj

Kratki spoj

Pokus kratkog spoja - zbog niskog napona zanemarivi su gubici u željeznoj jezgri: jezgri: P Fe ≅ 0 W

Serijski spoj radnih otpora u kratkom spoju: spoju: R k= R 1 + R2 '

Snaga iz mrež mreže se troš troši na gubitke u namotima: namotima:

Serijski spoj rasipnih rasipnih reaktancija: X k = X σ1 + X σ2 ' Impedancija kratkog spoja: spoja:

Pokus kratkog spoja:

Z k = R k + j X k = R k + X k ∠ϕ k 2

Fazni pomak struje prema naponu: naponu:

tg ϕ k =

Pk ≅ PCu = PCu1 + PCu2

Xk Rk

2

o

gubici u sekundarnom namotu gubici u primarnom namotu

mjerenje primarnog primarnog napona, napona, snage koju transformator uzima iz mrež mreže

uz nazivnu nazivnu struju. struju.

Odrede se gubici u namotima za nazivni rad: rad:

Ik = In

⇒

Pk ≅ PCun

17



Optereć Opterećenje

Optereć Opterećenje transformatora: primar priključ priključen na izvor napona, na sekundarne stez stezaljke priključ priključeno troš trošilo.

Impedancija troš trošila: ila:

Z T = R T± jX T

Ukupna impedancija u sekundarnom krugu: krugu:

Opterećenje

Z 2 = R 2 + jX σ2 + Z T = R 2 + jX σ2 + R T ± jX T Radni otpor i reaktancija troš trošila - svedu se na primarnu stranu kao i sekundarni otpori 2 2 transformatora: transformatora:

  RT ' =  1  RT  2 

REALNI REALNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR Optereć Opterećenje

I1

R1

jXσ1

jXσ2'

I 2'

  X T ' =  1  X T  2 

REALNI REALNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR Optereć Opterećenje

Sekundarni napon transformatora potjera struju kroz sekundarni krug (troš trošilo i namot):

R2'

I0 I0r U1

RFe

I2 =

Iµ jXm

E1

U2'

ZT'

E2 Z2

Struja I2 je fazno pomaknuta u odnosu na fazor sekundarnog napona U2 za kut ϕ2. Kut ϕ2 je određ određen impedancijom troš trošila: ila:

tg ϕ 2 =

Nadomjesna shema optereć opterećenog transformatora

X Im{ Z T } =± T RT Re{ Z T }





Napon na stezaljkama sekundara - napon na troš trošilu: ilu:

U 2 = ( R T+ jXT ) I 2 2

⋅

1 2

  1 U 2 =  1  ( RT + j X T ) ⋅ 2 I 2 2 1  2  U 2 ' = ( R T '+ j X T ' ) I 2 '

Fazor R1I1 je radni pad napona na primarnom namotu – u smjeru smjeru fazora struje I1. Fazor R2'I2' je radni pad napona na sekundaru - u smjeru smjeru fazora struje I2'. Fazor jXσ1I1 je induktivni pad napona na primarnom namotu – okomito na fazor struje I1. Fazor jXσ2'I2' je induktivni pad napona na sekundaru – okomito na fazor struje I2'.

R1I1 R2'I2'

I1 I 2'

jXσ1I1 I1 jXσ2'I2' I 2'

18


jXσ1I1

U1


R1I1 jXσ2'I2' E1

I1

ϕ2

E 2 ' = U 2 '+(R2 '+ jXσ2 ')I 2 ' E1 = E2 '

R2'I2' I 2' U2'

I µ ⊥ E1 I 0r ⊥ I µ I 0 = I µ + I 0r

I0

Gubici opterećenog transformatora

I1 = I 0 + I 2'

I0r

U 1 = ( R1 + jX σ1 ) I 1 + E1

Iµ

Fazorski prikaz radno-induktivno opterećenog transformatora Fazorski dijagram započ započinjemo crtati od fazora sekundarnog napona U2' (okomito) i struje I2' (kut φ2=φT je određen impedancijom tereta). tereta).





Optereć Opterećeni transformator transformator::

Gubici u jezgri transformatora – prorač proračunom se odrede:

uzima iz mrež mreže radnu snagu P1, na sekundaru predaje smanjenu radnu snagu P2.

Dio snage Pg pretvara se u transformatoru u gubitke – zagrijavaju transformator:

Pg = PFe + PCu Stupanj djelovanja transformatora:

gubici u namotima

P η= 2 P1


masa željeza

Gubici– Gubici– pomoć pomoću nadomjesnog nadomjesnog otpora otpora RFe: radna komponenta struje praznog hoda 2

gubici u željeznoj jezgri

maksimalna indukcija u željezu

f 2 Bm m Fe 50

PFe = I 0r R Fe

Pg = P1 − P2 U transformatoru nastaju gubici:

P Fe = p Fe (1T)

specifični gubici kod 1 T

snaga praznog hoda nadomjesni otpor za gubitke u željezu

Gubici u jezgri transformatora – mjerenjem se odrede u praznom hodu: PFe ≅ P0 snaga praznog hoda kod nazivnog napona 2 Gubici u jezgri transformatora – U  ovise o naponu:   PFe ≅ P0 = P0n  U 



n





Gubici u namotima – prorač proračunom se odrede:

PCu = PCu1 + PCu2 2 Gubici u primarnom primarnom namotu: namotu: PCu1 = I1 R1 2 2 Gubici u sekundarnom sekundarnom namotu: namotu: PCu2 = I 2 R2 = I 2 ' R2 ' snaga kratkog spoja

Gubici u namotima – mjerenjem se odrede u kratkom spoju:

Kappov dijagram

P ≅P

Cu k gubici u namotima u nazivnom radu

2 Gubici u namotima – ovise o  I  PCu = PCun   struji:

 In 

19



Kappov dijagram

Kappov dijagram

I

Struja magnetiziranja se mož može zanemariti. zanemariti.

R1

jXσ1

R2'

jXσ2'

Iznosi samo nekoliko % nazivne struje. U nadomjesnoj shemi otpadne popreč poprečna grana. grana.

U1

U2'

E1

ZT'

Ostanu samo serijski otpori kroz koje teč teče ista struja: struja:

I1 = I 2'= I Pojednostavljena nadomjesna nadomjesna shema optereć opterećenog transformatora

C

REALNI REALNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR Kappov dijagram

j X σ1 I 1

Naponi na radni m otporima u primaru i sekundaru radnim su istofazni. istofazni.

Uk U1

I naponi na rasipnim reaktancijama primara primara i sekundara sekundara su istofazni. istofazni.

E1 A

U r = (R1+ R2 ') I

I 2 ' = I1 = I

ϕ1 ϕ2

Ukupni Ukupni napon na rasipnim reaktancijama: reaktancijama:

U σ = j ( X σ1 + X σ2 ' ) I

Kappov dijagram transformatora

Kappov trokut (trokut (trokut ABC) ABC) - naponi naponi kratkog spoja, spoja, uz struju kratkog spoja jednaku I.

REALNI REALNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR C

B

R2 ' I 2 ' U2'

Ukupni Ukupni napon na radnim otporima: otporima:

Kappov dijagram

j( X σ1 + X σ 2 ' ) I

R1 I 1 j X σ2 ' I 2 '


I B

Uk

U1

ϕ k ( R1 + R2 ' ) I A

U2'

Kod optereć opterećenja enja strujom I - napon U2 manji od U1 za napon kratkog spoja Uk uz struju I. Hipotenuza Kappovog trokuta Uk - promjena promjena napona u odnosu na neoptereć neopterećeno stanje. stanje.

ϕ1

ϕ2 Zakrenut Kappov dijagram transformatora

Kappov trokut – to je već veći što je već veća struja i što su već veći radni i induktivni otpori.

Promjena romjena faznog kuta - od ϕ1 na ϕ2 . Promjena napona (apsolutne vrijednosti) u odnosu na prazni prazni hod: hod:

∆U = U 1 − U 2 '

20

Kappov dijagram

C

Uσ Uk U1

B U ϕk r A

l1

Ucrtaju se dva kruž kružna luka polumjera r = U1:

U 2'

ϕ2

l2

G

∆U = 0

H

∆U

K

L

kapacitivn i teret

ϕ2 = 0

Udaljenost svake toč točke na luku l1 od C jednaka je U1. Udaljenost toč točke na l1 (npr. D) od A jednaka je U2'.

E

∆U

M

jedan luk l1 - središ središte u vrhu fazora U1 (toč (točka C). drugi luk l2 - središ središte u poč početku fazora Uk (toč (točka A).

∆U max

D ∆U


I

induktivni teret

Udaljenost toč točke na l2 (npr. E) od A jednaka je U1. Udaljenost D i E – promjena napona: napona:

DE = ∆U = U 1 − U 2 '

Kappov dijagram za različ različita ita optereć opterećenja transformatora



Kappov dijagram

Kappov dijagram

Najveć Najveća promjena napona - u smjeru fazora Uk (toč (točka G) :

ϕ2 = ϕk

⇒ ∆U = ∆U max

Točka K - čisto radni teret: teret:

∆U = f ( I ) uz cos ϕ 2 = konst.

∆U cos ϕ 2 = 0,8 ind.

ϕ2 = 0

Najmanja Najmanja promjena napona - u kapacitivnom područ području (toč (točka M) :

cos ϕ 2 = 1

∆U = 0V

Lijevo od toč točke M - pad napona postane negativan. negativan. S kapacitivnim teretom mož može se dobiti poveć povećanje sekundarnog napona. napona.

I

− ∆U

cos ϕ 2 = 0,8 kap. Vanjske Vanjske karakteristike karakteristike transformatora

TROFAZNI TRANSFORMATORI

TROFAZNI TRANSFORMATORI

Izvedbe

21

TROFAZNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR


Izvedbe

Izvedbe

A

a B

A

ΦI

c

b C ΦII

ΦI

A

ΦI

B

ΦIII

ΦII

B

C

x X

y Y

z

ΦII

C

0

ΦIII

ΦIII

Z

0

0

a) magnetski tokovi jarmova se oduzimaju

Trofazni spoj jednofaznih transformatora (američ (američki tip)

b) magnetski tokovi jarmova se zbrajaju

Trofazni simetrič simetrični ogrnuti transformator – prikaz samo primarnih namota

TROFAZNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR Izvedbe

Z

TROFAZNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR Izvedbe

Trofazni jezgrasti transformator - nesimetrič nesimetričan magnetski krug. krug. Duljine silnica u pojedinim stupovima nisu jednake. jednake.

ΦI

ΦII

ΦIII

Za jednak magnetski tok srednji stup treba manje protjecanje (manju struju magnetiziranja) magnetiziranja) nego vanjski stupovi. stupovi.

Z Unatoč Unatoč nesimetriji ovo rješ rješenje ima prednosti. prednosti. Trofazni jezgrasti transformator (europski tip)



Izvedbe

Izvedbe

Trofazni jezgrasti transformator treba ukupno manje željeza (cca 15%) nego tri jednofazna transformatora .

Mane tri tri jednofazna jednofazna transformatora: transformatora:

Ušteda aktivnog materijala - direktno smanjuje cijenu. cijenu. Svaka izvedba ima svojih prednosti i mana. mana.

konstrukcijski materijal skuplji, skuplji, ima i viš više izvoda, izvoda, viš više provodnih izolatora, izolatora, rješ ješenje oko 20% skuplje.

Prednost - jeftinije je imati u prič pričuvi jedan jednofazni transformator, transformator, nego cijeli trofazni. trofazni.

22



Izvedbe

Izvedbe

Prednosti trofaznog jezgrastog transformatora: transformatora: jeftiniji, jeftiniji, lakš lakši, za smješ smještaj je potrebna manja površ površina, na, za spajanje i rukovanje je potrebna samo jedna jedinica. jedinica.

Mane: tež teži transport zbog već veće mase po jedinici , za prič pričuvu je potrebna cijela jedinica. jedinica.

Trofazni peterostupni transformator (ogrnuti tip)



Izvedbe

Izvedbe

Transformatori ransformatori najveć najvećih snaga - problem ogranič ograničenja visine radi transporta. transporta. Rade se s manjom visinom jarma, jarma, nego obič obično.

Krajnji stupovi imaju jednak presjek kao i jaram - ista ista indukcija indukcija. Ovaj presjek iznosi 58% presjeka jezgre s namotima. namotima.

Porastao bi magnetski otpor, otpor, a time i indukcija i gubici u jarmu. jarmu.

Radi se manj a visina manja visina stupova. stupova.

Dodaju se četvrti i peti stup. stup.

Ukupna visina peterostupnog transformatora - oko 2/3 visine jezgraste izvedbe (s tri stupa). stupa).

Koristi se i kod transformatora za posebne namjene. namjene.



Označ Označavanje stezaljki

Označ Označavanje krajeva namota i stezaljki – važ važno za ispravno spajanje transformatora. transformatora.

Označavanje stezaljki

U upotrebi su transformatori sa starim i novim oznakama. nakama. Stari tari nač način: in: stezaljke (provodni izolatori) izolatori) i poč počeci namota označ označeni poč početnim slovima abecede, abecede, drugi kraj namota (svrš svršetak) etak) označ označen završ završnim slovima abecede. abecede.

Nultoč Nultočka transformatora - označ značena s i n.

23

TROFAZNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR primarni namot početak


A

B

A

C

B

primarni namot kraj

a

b

X a

c

Y b

y

A B C - poč počeci i stezaljke gornjenaponskog namota, namota, a b c - poč počeci i stezaljke donjenaponskog namota, namota, x y z - svrš svršeci donjenaponskog namota. namota.

sekundarni namot kraj

x

Trofaz rofazni transformatori transformatori - stare stare oznake: oznake: X Y Z - svrš svršeci gornjenaponskog namota, namota,

Z c sekundarni namot početak

samo linijske stezaljke


C primarni namot početak

sekundarni namot početak


z

sve stezaljke

Transformator za tri napona: napona: stezaljke srednjeg napona i poč počeci tog namota označ označeni eni s

mA, mA, mB, mB, mC, mC, mD, mD, svrš svršeci označ označeni s mX, mX, mY, mY, mZ, mZ, mQ.

Označ Označavanje stezaljki i namota trofaznog transformatora – stari nač način

TROFAZNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR Označ Označavanje stezaljki

primarni namot početak



D d

Označ Označavanje stezaljki primarne stezaljke

1U 1V 1W

Jednofazni transformatori transformatori – stare oznake: D Q - primar, primar, d q - sekundar. sekundar.

primarni namot kraj primarni namot početak



Jednofazni ednofazni transformatori transformatori - nove oznake:

Q q

sekundarne stezaljke

2U 2V 2W

1.1 2.1

1.1 i 1.2 za primar, primar, 2.1 i 2.2 za sekundar. sekundar.


primarni namot kraj

1.2 2.2


Označ Označavanje linijskih stezaljki trofaznog transformatora – novi nač način


Trofaz rofazni transformatori transformatori - nove oznake: oznake: 1U 1V 1W - linijske stezaljke namota najviš najvišeg napona, napona, 2U 2V 2W, 3U 3V 3W ... – linijske stezaljke namota niž nižih

napona, napona, prema opadajuć opadajućem nizu njihovih napona, napona, 1 - nulvod primarnog namota, namota,

3.... - nulvodovi nulvodovi namota niž nižih napona, napona, prema opadajuć opadajućem nizu njihovih napona. napona.

2,

Obič Obično su svi spojevi međ među namotima napravljeni unutar kotla transformatora, transformatora, da se smanji broj izvoda. izvoda. Van su izvedeni samo poč počeci namota Kod tzv. tzv. otvorenih namota su izvedeni van i poč počeci i svrš svršeci namota. namota.

24



Spojevi namota

U

V

U

W

V

U

W

V

W

Spojevi namota

zvijezda spoj trokut spoj

cikcik-cak spoj

Spojevi trofaznog transformatora



Spojevi namota

Spojevi namota

Spoj primarn og i sekundarnog primarnog sekundarnog namota namota trofaznog transformatora: transformatora:

Oznake spojeva trofaznih namota

zvijezda zvijezda,

Namot višeg napona

Namot nižeg napona

Otvoreni namot

III

iii

Spojevi namota označ označavaju se slovnom oznakom. oznakom.

Namot spojen u trokut

D

d

Primjena određenog spoja – ovisi o vrsti optereć opterećenja (troš trošilima) ilima) i o ekonomskim razlozima. razlozima.

Namot spojen u zvijezdu

Y

y

Namot spojen u cik-cak

Z

z

trokut ili dvostruka dvostruka zvijezda zvijezda (cikcik-cak). cak).

Spojevi namota - razlika razlika u linijskim i faznim vrijednostima napona (U, Uf) i struje (I, If).

TROFAZNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR Spojevi namota linijski naponi

linijski napon

TROFAZNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR Spojevi namota

linijski napon

linijska struja

linijska struja

fazni napon jednak linijskom fazni napon

fazna struja

fazni napon

U

U II

U III

U I-II UI

U

fazni napon linijski napon

I

linijski napon

UI

linijski napon

U II-III U II

U

Uf

If

UI

U II

U III U I

U III

I

fazna struja

U = Uf If

U III U III-I namot

fazori napona

U II linijski i fazni naponi i struje

Zvijezda spoj namota trofaznog transformatora Fazni napon

Uf =

U 3

Fazna struja

If = I

fazori napona

namot

linijski i fazni naponi i struje

Trokut spoj namota trofaznog transformatora Fazni napon

Uf =U

Fazna struja

If =

I 3

25



Spojevi namota

Spojevi namota

Od dva trofazna namota (jedan spojen u trokut, trokut, a drugi u zvijezdu) zvijezdu) priključ priključena na jednak linijski napon, napon, uz jednaku indukciju indukciju u željezu i linijsku struju, struju, namot namot spojen u trokut ima: ima:

3 puta već veći fazni napon jednakog linijskom, linijskom, U f = U

zbog faznog napona

Grubi zaključ zaključak - u oba sluč slučaja potroš potrošak bakra i potreban prostor za namot ostanu isti. isti. Ipak je namot spojen u trokut nepovoljniji: nepovoljniji: tanja žica ima viš više izolacije, izolacije, loš lošiji je faktor punjenja prozora (omjer

površ površina bakra i raspolož raspoloživog prozora za smješ smještaj namota), namota), treba viš više prostora za smješ smještaj namota, namota, ima već veći srednji promjer namota i time već veći potroš potrošak bakra. bakra.

3 puta viš više zavoja, zavoja, 3 puta manji presjek žice i jednaku gustoć gustoću struje, struje, jer je fazna struja manja: 3 puta manja: I If =

3

Promjena romjena vrste vrste spoja namota (iz trokuta u zvijezdu ili obratno) obratno) na gotovom transformatoru, transformatoru, uz jednaku indukciju i gustoć gustoću struje ne mijenja snagu transformatora - snaga transformatora ostane ista! ista!



Spojevi namota linijski napon

napon pola namota

linijska struja fazna struja

CikCik-cak spoj – samo na sekundarnoj strani! Sekundarni namot svakog stupa se razdijeli u dvije jednake polovice. polovice.

fazni napon fazni napon linijski napon

U U nam U nam 2 2

Jedna edna faza: faza:

U nam 2 U nam 2

jedna polovica namota na jednom jednom stupu, stupu,

Uf

I = If

U

Uf

120°

U nam 2

druga polovica namota na drugom stupu, stupu, polovice namota suprotno spojene spojene..

U svakoj polovici namota se inducira napon jednak polovici napona cijelog namota. namota.

namot

fazori napona

CikCik-cak spoj namota trofaznog transformatora Fazni napon

Uf =

U 3

Fazna struja



Spojevi namota

Spojevi namota

Inducirani napon u jednoj polovici namota: namota: U

U nam/2 =

nam

2 Inducirani napon u cijelom namotu Unam - jednak je faznom naponu u zvijezda spoju: spoju: U nam = U f Y Napon jedne faze - razlika razlika fazora napona koji se induciraju u spojenim polovicama namota: namota:

U f = U nam/2

3 U 3 = nam 3 = Uf Y 2 2

Fazni napon u cikcik-cak spoju - manji nego u zvijezda spoju uz isti broj zavoja!

linijski i fazni naponi i struje

If = I

Namot u cikcik-cak spoju treba imati 15,47% viš više zavoja nego u obič običnom zvijezda spoju. spoju. Broj zavoja treba poveć povećati - ne smije se smanjiti presjek vodič vodiča. Poveć ovećala bi se gustoć gustoća struje i zagrijavanje. zagrijavanje. Cikik-cak spoj zahtijeva 15,47% viš više bakra - skuplji od zvijezda spoja. spoja. Pogodan je za nesimetrič nesimetrična optereć opterećenja!

26



Spojevi namota

Spojevi namota

Najjednostavnije - uzeti uzeti spoj zvijezda za primarni primarni i sekundarni sekundarni namot. namot. To je nepogodno za nesimetrič nesimetrična optereć opterećenja! enja! Za već veća nesimetrič nesimetrična optereć opterećenja - koristiti spoj trokuttrokut-zvijezda ili zvijezdazvijezda-cikcik-cak. cak. Dozvoljena već veća nesimetrič nesimetrična optereć opterećenja - čak do iznosa nazivne struje. struje. Osim svojstava optereć opterećenja na odluku o spoju utječ utječu i ekonomski razlozi. razlozi.

CikCik-cak spoj ima već veći broj zavoja - oko 15,5% skuplji od zvijezda spoja. spoja. Trokut spoj skuplji od zvijezde - već veći utroš utrošak bakra i izolacije. izolacije. Poveć ovećanje cijene cijene bakra sa smanjenjem presjeka žice - kod transformatora manjih snaga. snaga. Tanja bakarna žica - već veći troš troškovi proizvodnje i poveć povećana cijena.



Spojevi namota

Spojevi namota

Kod najveć najvećih transformatora je spoj trokut pogodniji zbog manjeg presjeka žice. Spoj namota u zvijezdu zahtijeva veliki presjek žice namatanje otež otežano. ano. Transformatori ransformatori ispod 250 kVA - ekonomič ekonomičniji niji spoj zvijezda - cikcik-cak. cak. Transformatori već većih snaga - ekonomič ekonomičniji niji spoj trokut - zvijezda.

Osim vrste spoja (trokut, zvijezda ili cikcik-cak) važ važan je i nač način spajanja sekundarnog namota u odnosu na primarni. primarni. Način spajanja određuje kut pomaka sekundarnog sekundarnog napona napona prema primarnom. primarnom. Moguć Mogući fazni pomaci su viš višekratnici od 30o. Taj viš višekratnik karakterizira oznaku oznaku grupe spoja satni broj. broj.



Spojevi namota

Spojevi namota

Najč Najčešći spojevi: spojevi: Oznaka spoja transformatora: transformatora:

dvonamotnog

trofaznog

oznaka oznaka spoja namota primara, oznaka oznaka spoja namota sekundara, satni broj. broj.

Oznaka spoja transformatora s viš više od dva namota uz svaki namot niž nižeg napona i pripadni satni broj (na primjer: primjer: Y y0 d5).

Yy0,

Dd0, Dd0,

Yy6 Yy6,

Dz0, Dz0,

Yd5,

Dy5, Dy5,

Yz5,

Dd6, Dd6,

Yd11,

Dz6,

Yz11.

Dy11.

27



Spojevi namota

Spojevi namota

1U 1V 1W

1U 1V 1W

1U

1U

2U 2V

2U 2V 2W

2W

2V 2W 1W

1V

Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju Yy 0

2U 2V 2W

2U

1W

1V

Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju Yy 6


TRANSFORMATOR 1U 1V 1W TROFAZNI TRANSFORMATOR

Spojevi namota

Spojevi namota

1U 1V 1W

1U

1U

2U

2U 2V 2W

2U 2U 2V 2W

2V 2W

2W

1W

Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju Dd 0


2V

1W

1V

1V

Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju Dz 0


Spojevi namota

1U 1V 1W

Spojevi namota

1U 1V 1W 1U

1U 2W

2W 2V

2V 2U

2U 2V 2W

1W

2U 1V

Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju Dy 5

1W

1V

2U 2V 2W Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju Yd 5

28

1U 1V 1W



Spojevi namota

Spojevi namota

1U 1V 1W 1U

1U 2W

2W

2V 2V

2U 2U

1W

1W

1V

1V

2U 2V 2W

2U 2V 2W Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju Yz 5

Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju Dd 6

1U 1V 1W TROFAZNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR


Spojevi namota

Spojevi namota

1U 1V 1W 1U

1U

2U 2V

2W 2U 2V 2W

2V 2W

1W

1W

1V

2U

1V

2U 2V 2W Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju Dz 6


Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju Dy 11

TROFAZNI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR 1U 1V 1W Spojevi namota

1U 1V 1W 1U 1U 2U 2U 2V 2W

2U

2U 2V 2W 2V

1W

2W

2V 1V

Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju Yd 11

1W

2W

1V

Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog transformatora u spoju Yz 11

29


1U 1U 2U 1V 2V 1W 2W 2U 2W

2V

1W

1V

JEDNOFAZNI TRANSFORMATORI

Shema spoja i fazorski prikaz napona trofaznog štednog transformatora u spoju Ya 0

JEDNOFAZNI TRANSFORMATORI

JEDNOFAZNI TRANSFORMATORI TRANSFORMATORI Spojevi

1.1 2.1

1.1

Spojevi

2.1 1.2

2.2

1.2

2.2

Shema spoja i fazorski prikaz napona jednofaznog transformatora u spoju Ii 0

JEDNOFAZNI TRANSFORMATORI TRANSFORMATORI Spojevi

1.1 2.1

1.1

2.1 2

KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA

2

Shema spoja i fazorski prikaz napona jednofaznog štednog transformatora u spoju Ia0

30


stup jezgre

provodni izolatori

KONSTRUKCIJA

donjenaponski namot

konzervator

jezgra niskonaponski namot visokonaponski namot

kotao

gornjenaponski namot jaram jezgre

Glavni dijelovi: dijelovi: jezgra, jezgra, namoti, kotao, rashladno sredstvo - ulje, provodni izolatori.

Transformator u polupresjeku

Konstrukcija jezgre i namota jednofaznog jezgrastog transformatora

aktivni dijelovi – učestvuju u transformaciji

stup jezgre

KONSTRUKCIJA namoti

donjenaponski namot

gornjenaponski namot namoti jaram jezgre

jaram jezgre

stup jezgre

Konstrukcija jezgre i namota jednofaznog ogrnutog transformatora Konstrukcija jezgre i namota trofaznog jezgrastog transformatora


KONSTRUKCIJA

stupovi jezgre

Jezgra namoti jarmovi jezgre

prozori jezgre

Jezgra

Jezgra transformatora - sastoji se od: stupova koji nose namote i jarmova koji povezuju stupove.

Prozor jezgre - otvor između između stupova i jarmova. jarmova. Služ luži za smješ smještaj namota.

31

KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA Jezgra

Jezgra se slaž slaže od limova.

KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA Faktor punjenja paketa kFep - omjer čistog željez eljeza presjeka jezgre i ukupnog presjeka te jezgre. jezgre.

Jezgra

d

Limovi moraju biti međ međusobno izolirani. izolirani.

Debljina lima – bez izolacije

indukcija u jezgri

Izolacija se nanosi samo na jednu stranu lima.

d = 0.3-0.5 mm

v B

Izoliranje se provodi prije mehanič mehaničke obrade. obrade.

Presjek jezgre

S = a ⋅b

b

limovi

broj limova u paketu Presjek čistog željeza

S Fe = n ⋅ d Faktor punjenja paketa (ž (željeza) smjer indukcije

a

Presjek jezgre


S Fe S kFep≈ 0.95-0.98 k Fep =

izolacija


Jezgra

Jezgra

Faktor punjenja paketa kFep - ovisi o debljini limova i vrsti izolacije. izolacije. Na faktor punjenja paketa utječ utječu:

Jezgre transformatora - visokolegirani željezni limovi debljine 0,35 mm. Mali transformatori transformatori - limovi debljine 0,5 mm kao za rotacijske rotacijske strojeve (tzv. tzv. dinamodinamo-limovi). limovi). Podaci o limovima dobiju dobiju se mjerenjem na EpsteinEpsteinuređ uređaju. aju.

debljina izolacije, izolacije, nejednolika debljina i

Prilikom izrade jezgre specifič specifični gubici se poveć povećaju (10(10-30%) zbog unutarnjih mehanič mehaničkih naprezanja: naprezanja:

hrapavost površ površine limova.

Presjek stupa i jarma – pravokutnog, kvadratič kvadratičnog ili stepenič stepeničastog oblika (ovisi o velič veličini transformatora).

mehanič mehanička obrada obrada (rezanje, rezanje, štancanje) tancanje) limova, limova, slaganje slaganje u jezgru i stezanje stezanje limova. limova.



Jezgra

Jezgra

Izoliranje toplovaljanih limova: limova: obljepljivanje svilenim papirom debljine 0,03 mm,

Faktori punjenja paketa za transformatorske limove debljine 0,35 mm

lakiranje lakom debljine 0,025 mm ili presvlač presvlačenje slojem vodenog stakla debljine 0,015mm.

Ove izolacije su organske. organske. Organske izolacije - ne mogu se koristiti kod hladnovaljanih limova. limova. Naknadno žarenje arenje na oko 800 oC bi uniš uništilo izolaciju. izolaciju. Hladnovaljani lim se izolira vrlo tankim slojem anorganske izolacije. izolacije.

Vrsta lima i izolacije

Faktor punjenja Faktor punjenja paketa paketa kfFep Fep

Toplovaljani lim izoliran svilenim papirom

0,85

Toplovaljani lim izoliran lakom

0,89

Toplovaljani lim izoliran vodenim staklom

0,91

Hladnovaljani lim izoliran anorganskom izolacijom

0,96

32



Jezgra

Jezgra

Slaganje limova u jez jezgru - tako da se limovi prekrivaju. prekrivaju. Veliki transformatori – imaju veliki napon po zavoju. Postoji opasnost od proboja izolacije i zatvaranja vrtlož vrtložnih nih struja. struja.

Limovi jednog sloja prekrivaju zrač zračni raspor drugog sloja. sloja.

U željezni paket se na svakih 3030-50 mm ulaž ulaže preš prešpan debljine 0,50,5-1 mm. Dodatna izolacija preš prešpanom smanjuje ukupni faktor punjenja paketa. paketa.

2. sloj

1. sloj

Slaganje limova jednofaznog jezgrastog transformatora



Jezgra

Jezgra limovi stupa

unutarnji opseg namota

unutarnji promjer namota D

1. sloj

2. sloj

Slaganje limova trofaznog jezgrastog transformatora

Prekrivanjem limova postiž postiže se manji zrač zračni raspor u jezgri. jezgri. Manji zrač zračni raspor – manja struja struja magnetiziranja. magnetiziranja.

kvadratič kvadratični

stepenič tepeničasti s 3 širine

križ križni

stepenič stepeničasti s 5 širina

Oblici presjeka stupa transformatora najmanji transformatori

neš nešto već veći transformatori

srednji transformatori

najveć najveći transformatori



Jezgra

Jezgra

Faktor punjenja stupa kFe st – omjer presjeka stupa i presjeka obuhvać obuhvaćenog namotom. namotom. Ovisi o obliku stupa i namota.

Jezgre velikih transformatora se izvode s kanalima za cirkulaciju rashladnog sredstva. sredstva. Kanali za hlađenje u jezgri mogu biti: biti: uzduž uzdužni, popreč poprečni.

Faktori punjenja stupa za cilindrič cilindrični namot: kFe st=0,6366 za kvadratič kvadratični stup, stup, kFe st=0,7869 za križ križni stup, stup, kFe st=0,851 za stepenič stepeničasti stup s 3 širine, irine, kFe st=0,886 za stepenič stepeničasti stup s 4 širine, irine,

uzduž uzdužni

popreč poprečni

Kanali u jezgri za cirkulaciju rashladnog sredstva

kFe st=0,908 za stepenič stepeničasti stup s 5 širina. irina.

33

KONSTRUKCIJA


Jezgra

Jezgra transformatora - nakon slaganja stegnuta u čvrsto tijelo. tijelo. To je potrebno da se izbjegne brujanje (zujanje) zujanje). Sila stezanja po jedinici površ površine najviš najviše do 106 N/m.

Namoti

Mali transformatori transformatori – stupovi tupovi se bandaž bandažiraju iraju vrpcom. vrpcom. Već Veći transformatori transformatori (snage iznad 100 kVA) kVA) - limovi se stež stežu pomoć pomoću vijaka s podlož podložnim ploč pločicama od nemagnetskog materijala. materijala. Najveć ajveći transformatori transformatori - limovi se uč učvrš vršćuju tlač tlačnim ploč pločama s vijcima od nemagnetskog materijala. materijala.



Namoti

Podjela namota:

Namoti

Cilindrič Cilindrični namot - koncentrič koncentrični polož položaj zavoja donjenaponskog namota (oko stupa) i gornjenaponskog namota oko donjenaponskog. donjenaponskog.

prema tijeku energije: primar i sekundar,

gornjenaponski namot izolacija stup jezgre

prema visini napona: napona: gornjenaponski i donjenaponski,

prema izvedbi: cilindrič cilindrični i plosnati. plosnati.

Smješ Smještaj namota – oko stupova.

KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA Namoti

Cilindrič Cilindrični namot: namot: dvoslojni (ako ima malo zavoja) ili

donjenaponski namot Cilindrič Cilindrični namot


Plosnati namot – koristi se kod pravokutne jezgre i ogrnutog tipa transformatora. stup jezgre

viš višeslojni (ako ima puno zavoja). zavoja).

donjenaponski namot

Cilindar gornjenaponskog namota - od svita svitaka. Svici - razmaknuti po vertikali i serijski spojeni. spojeni.


Izmeđ Između svitaka - rashladni kanali. kanali. Rashladni kanali - poboljš poboljšavaju izolaciju međ među svicima. svicima.

jaram jezgre Plosnati namot

34



Namoti

Namoti

Namot mora biti: biti: izveden tako da ga rashladno sredstvo (zrak ili ulje) ulje) dovoljno oplakuje i da je što manje termič termički izoliran prema tom sredstvu, sredstvu, električ električki tako izoliran da podnese sve napone koji se mogu pojaviti u pogonu (to se protivi prvom zahtjevu), zahtjevu),

Plosnati namot - uvijek razdijeljen u svitke. svitke. Po vertikali - naizmjenič naizmjenično raspoređ raspoređeni donjenaponskog i gornjenaponskog namota. namota.

svici

čvrst i krut da odoli svim mehanič mehaničkim naprezanjima u pogonu, pogonu, a naroč naročito u kratkom spoju. spoju.

Donjenaponski svitak - uvijek uz jaram (radi bolje izolacije).

Između namota (i svitaka) svitaka) - kanali kanali za za hlađenje. hlađenje.

Svitak uz jaram - s polovič polovičnim brojem zavoja (radi simetrije) simetrije).

Širina kanala: kanala:

Omoguć mogućuju slobodno strujanje rashladnog sredstva. sredstva. za hlađenje zrakom - najmanje 1010-15 mm, mm, za hlađenje uljem - najmanje 4-6 mm.



Namot - vodič vodiči od čistog elektrolitskog bakra: bakra: okrugli vodič vodiči - do promjera oko 3 mm, mm,

Vodič Vodiči se izoliraju odgovarajuć odgovarajućom izolacijom. izolacijom.

pravokutni vodič vodiči - za već veće presjeke, presjeke,

Izolacija vodič vodiča mora izdrž izdržati napone koji nastupaju između zavoja. zavoja.

bakrena traka – širina je jednaka visini namota (kod

transfomatora 250kVA do 1.000kVA).

Najopasniji - prenaponi iz mrež mreže.

vodič vodič

Mogu izazvati puno već veće napone među zavojima od napona jednog zavoja. zavoja. Okrugli vodič vodiči izolirani lakom - obostrani prirast izolacije 0,3 mm.

izolacija okrugli vodič vodič

pravokutni vodič vodič

Profilni vodič vodiči i traka – izolacija natron papirom. papirom.

Oblici vodič vodiča za namote transformatora



Izolacija: zolacija: Namoti se izoliraju: izoliraju:

vodič vodiča, slojeva vodič vodiča,

međusobno, međusobno, vodič vodič

svitaka i namota. namota.

prema jezgri i prema ostalim konstrukcijskim dijelovima. dijelovima.

slojna slojna izolacija izolacija

izolacija izolacija svitka

Svitak od okruglih vodič vodiča sa slojnom izolacijom

Izolacija namota – mora biti dimenzionirana za ispitni napon određen propisima. propisima. Izolacija transformatora (vodič vodiča, svitaka, svitaka, namota) namota) smanjuje prostor za smješ smještaj namota. namota. Faktor punjenja bakra kCu - omjer presjeka čistog bakra oba namota i presjeka prozora. prozora.

35


1 - gornjenaponski namot 2 - donjenaposki namot

Faktor punjenja bakra - oko 0,5.

3 - izolacione kape

Ovisi o velič veličini transformatora (snazi) snazi) i visini napona. napona.

4 - izolacioni cilindri

Transformatori već većih snaga: snaga:

5 - potencijalni prsteni 6 - međ međufazna pregrada

presjeci vodič vodiča veliki, veliki, udio izolacije vodič vodiča manji poboljš poboljšava faktor punjenja, punjenja,

7 - kanalne letvice 8 - distancione letvice

naponi viš viši, deblja izolacija - smanjuje faktor punjenja. punjenja.

9 - lež ležišne podloge

Transformatori manjih snaga za visoke napone:

10 - lež ležišni prsteni 11 - tlač tlačni prsteni

vodič vodiči malog presjeka - udio izolacije vodič vodiča velik, velik, velika velika debljina debljina ostale izolacije (zbog visokog napona ), faktor punjenja znatno ispod 0,5.

Izvedbe slojevite izolacije namota transformatora



Kotao

Prema nač načinu hlađ hlađenja – transformatori mogu biti: biti: suhi ili uljni.

Suhi transformatori mogu biti:

Kotao

s prirodnim hlađenjem hlađenjem zrakom bez zaš zaštitnog plaš plašta ili s plaš plaštem, tem,

s prinudnim zrač zračnim hlađenjem hlađenjem..

Suhi transformatori - toplina se predaje neposredno zraku koji okruž okružuje transformator.



Kotao

Kotao

Suhi transformatori samo za male snage (do 3 kVA) kVA) i napone do 10 kV - zbog malog koeficijenta odvođenja odvođenja topline u zrak. zrak.

poklopac s . provodnim izolatorima

konzervator jezgra s namotima

Za već veće snage - isključ isključivo uljni transformatori. transformatori. Uljni transformatori transformatori - aktivni dio (jezgra s namotom) namotom) stavljen stavljen u kotao s uljem. uljem. Kotao u širem smislu: smislu:

kotao za ulje

kotao za smješ smještaj ulja, ulja, poklopac s provodnim izolatorima i konzervator. konzervator.

Sastavni dijelovi uljnog transformatora

36



Kotao

Kotao

Aktivni dio transformatora - prič pričvrš vršćen za poklopac. poklopac.

Glavni zadatak kotla - smješ smještaj ulja. ulja.

Pomoć Pomoću ušica na poklopcu se stavlja u kotao. Zahtjev na transformatore transformatore snaga već većih od 50 kVA prevozivi na vlastitim kotač kotačima. ima.

Ulje zagrijavanjem cirkulira unutar kotla oko namota i jezgre i odvodi toplinu u okolinu. Uljni transformatori s:

Postolje prenosi svu tež težinu transformatora – napravljeno od unakrsno slož složenih željeznih profila. profila.

prirodnim hlađenjem hlađenjem,,

Najveć Najveći transformatori - moguć mogućnost premješ premještanja kotač kotača za popreč poprečni i uzduž uzdužni pravac kretanja. kretanja.

pojač pojačanom cirkulacijom ulja i pojač pojačanim hlađ hlađenjem uljnog kotla. kotla.

KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA Kotao

pojač pojačanim hlađ hlađenjem uljnog kotla, kotla,


Izvedba kotla ovisi o velič veličini transformatora. transformatora. Transformatori do 30 kVA - dovoljno prirodno hlađenje hlađenje glatke vanjske površ površine kotla. kotla. S poveć povećanjem snage (i velič veličine) ine) transformatora rastu i gubici, a s njima i potrebna rashladna površ površina. Gubici rastu s treć trećom potencijom promjene linearnih dimenz dimenzija, a rashladna površ površina samo s drugom potencijom. potencijom.

Transformator s glatkim stijenama kotla



Kotao

Kotao

Kod već većih transformatora treba poveć povećati rashladnu površ površinu kotla. Poveć Povećanje rashladne površ površine (od srednjih prema najveć najvećim transformatorima) transformatorima): izvedbom kotla iz rebrastog lima, izvedbom kotla sa cijevima, prigradnjom radijatora uz kotao, prisilnim hlađenjem hlađenjem uljnog kotla zrakom ili prisilnim hlađenjem hlađenjem uljnog kotla vodom.

Transformatori Transformatori s rebrima na kotlu

37



Transformator s radijatorima

Transformator s cijevima na kotlu



Kotao

Kotao

Transformator s prisilnim hlađenjem hlađenjem uljnog kotla zrakom

Transformator s prisilnim hlađenjem hlađenjem uljnog kotla vodom



Kotao

Kotao

Zahtjev na kotao - stijene moraju podnijeti i pritisak ulja pri transportu. Potrebne debljine stijenki kotla: kotla: 0,8 mm kod malih transformatora s rebrima, 1 mm za transformatore s rebrima od 100 kVA, 1,2 mm za transformatore s rebrima od 250 kVA, 4 mm debljina stijenke kotla (i 1,5 mm debljina stijenke cijevi) za transformatore s cijevima, Transformator s odvojenim rashladnim uređ uređajem

najmanje 8 mm kod transformatora za najviš najviše napone.

38



Kotao

Kotao

Na svakom kotlu mora biti:

konzervator

mjesto za ispust ulja na najniž najnižem mjestu i mjesto za uzemljenje kotla, kotla, označ označeno po propisima. propisima.

Kotao se zatvara pomoć pomoću poklopca - stegnut vijcima. vijcima. Poklopac na kotlu mora biti dobro zabrtvljen - ulje je stalno pod pritiskom. pritiskom. Izmeđ Između prirubnice kotla i poklopca - brtva od pluta ili umjetne gume koja podnosi ulje. ulje. Na poklopcu - rupa za smješ smještaj termometra kojim se mjeri temperatura ulja. ulja.

kotao dehidrator

Priključ Priključak konzervatora na kotao



Kotao

Kotao

Konzervator - valjkasta posuda od čelič eličnog lima: lima: omoguć omogućuje rastezanje ulja prilikom zagrijavanja, zagrijavanja,

spreč sprečava prodiranje vlage u ulje. ulje.

Konzervator - tankom cijevi vezan s kotlom da ulje u konzervatoru ostane hladno. hladno. Hladno ulje dolazi u dodir sa zrakom - važ važno radi manje higroskopnosti. higroskopnosti. Vlaga - smanjuje dielektrič dielektričnu čvrstoć vrstoću ulja. ulja.


Dehidrator - postavlja se u dovodnu cijev zraka. zraka. Dehidrator - posuda napunjena jako higroskopnom kemikalijom (npr. npr. silicagelsilicagel-SiO2). Silikagel oduzima oduzima vlagu zraku prije ulaska u konzervator. konzervator. Prilikom upijanja vlage silicagel mijenja boju iz plave u ruž ružičastu. astu. Prema boji - provjera zasić zasićenosti enosti vlagom, vlagom, odnosno istroš istrošenost. enost.

KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA Rashladno sredstvo - ulje

Ulje u transformatoru - rashladno i izolacijsko sredstvo. sredstvo. Zahtjevi ahtjevi na na ulje: ulje:

Rashladno sredstvo ulje

mora biti dovoljno rijetko radi dobrog strujanja i dobro za primjenu kod niskih temperatura ((-25oC), ne smije sadrž sadržavati čvrste materije, materije, vlagu, vlagu, sumpor, sumpor, niti kiseline, kiseline, mora imati visoku probojnu čvrstoć vrstoću i visoko plamiš plamište. te.

Ulje se mora suš sušiti neposredno prije punjenja - zbog osjetljivosti na vlagu. vlagu.

39

KONSTRUKCIJA TRANSFORMATORA Rashladno sredstvo - ulje


Glavne karakteristike ulja: velika velika specifič specifična toplina toplina (1883 Ws/K Ws/K/kg) i visoka visoka probojna probojna čvrstoć vrstoća .

Probojna čvrstoć vrstoća novog ulja - najmanje 125 kV/cm. kV/cm. Probojna čvrstoć vrstoća ulja u pogonu transformatora najmanje 80 kV/cm.

Provodni izolatori

Kod transformatora za visoke napone (iznad 170 kV) - probojna čvrstoć vrstoća novog ulja od najmanje 200 kV/ kV/cm.



Provodni izolatori

Provodni izolatori

Provodni izolatori – omoguć omogućuju provođ provođenje krajeva namota iz kotla. kotla. Postavljaju se na poklopac kotla. kotla. Transformatori za vanjski smješ smještaj se razlikuju od transformatora za unutarnji smješ smještaj samo po izvedbi provodnih izolatora. izolatora. Provodni izolatori transformatora ransformatora za vanjski smješ smještaj su već veći i imaju viš više rebara. rebara.

za vanjski smješ smještaj

za unutarnji smješ smještaj

Provodni izolatori transformatora

PODACI NATPISNE PLOČ PLOČICE

PODACI NATPISNE PLOČICE Natpisna ploč pločica transformatora snage 1000 kVA

40


PODACI NATPISNE PLOČ PLOČICE Transformator - određen određen s podacima natpisne ploč pločice. ce. Podaci natpisne ploč pločice: ice: naziv proizvođ proizvođača,

broj faza, faza,

tipna oznaka, oznaka, tvornič tvornički broj, broj,

oznaka spoja, spoja,

nazivni ulazni (primarni) primarni) napon, napon,

klasa izolacije,

nazivni izlazni (sekundarni) sekundarni) napon, napon,

oznaka vrste hlađenja hlađenja,,

nazivna frekvencija,

ukupna masa transformatora, transformatora,

nazivna snaga, nazivna ulazna struja, struja, nazivna izlazna izlazna struja, struja, nazivna struja kratkog spoja, spoja, napon kratkog spoja, spoja,

masa ulja, ulja, oznaka standarda, standarda,

stupanj izolacije, izolacije,

godina izrade. izrade.

Nazivni ulazni (primarni) primarni) napon - napon na koji se priključ priključuje ulazni namot (linijska vrijednost). vrijednost). Ako ulazni namot ima otcjepe za regulaciju napona (± (±2.5% Un, ± 5% Un), daju se naponi i za otcjepe. Nazivni izlazni (sekundarni) sekundarni) napon - napon koji nastaje u praznom hodu na cijelom izlaznom namotu kad je na ulazni namot narinut nazivni ulazni napon (linijska vrijednost). vrijednost). Nazivna frekvencija je frekvencija za koju je transformator građen. građen.

PODACI NATPISNE PLOČ PLOČICE Nazivna snaga je dogovorna vrijednost prividne snage kojom je osigurano da transformator daje nazivnu izlaznu struju uz nazivni ulazni napon i frekvenciju. Nazivna snaga - ona snaga s kojom transformator mož može biti trajno optereć opterećen, a da se pritom ne prekorač prekorači dozvoljeno zagrijanje prema propisima. propisima.

PODACI NATPISNE PLOČ PLOČICE Nazivna struja kratkog spoja se navodi kao viš višekratnik nazivne ulazne struje (samo kod dodatnih i štednih transformatora). transformatora). Napon kratkog spoja se navodi u postocima nazivnog napona.

Nazivna ulazna struja je struja na ulaznim stezaljkama transformatora (linijska vrijednost) - određ određena nazivnom snagom i nazivnim ulaznim naponom. naponom.

To je onaj napon koji je potrebno priključ priključiti na linijske stezaljke jednog namota da bi potekla nazivna struja, uz kratko spojene stezaljke drugog namota.

Nazivna izlazna struja je struja na izlaznim stezaljkama transformatora (linijska vrijednost). vrijednost).

Nazivni faktor snage nije podatak natpisne ploč pločice dogovorno iznosi 1:

cos ϕ n = 1

Izrač Izračunava se na osnovi nazivne snage i nazivnog izlaznog napona. napona.



Oznaka vrste hlađenja hlađenja se sastoji od 2 ili 4 slova prema vrsti i nač načinu strujanja rashladnog sredstva. sredstva. Nazivni stupanj stupanj izolacije namota određuju: određuju: podnosivi atmosferski udarni napon i kratkotrajni izmjenič izmjenični napon,

odnosno podnosivi atmosferski i sklopni udarni napon. napon.

Nazivni podnosivi naponi i oznake: SI - podnosivi sklopni udarni napon, LI - podnosivi atmosferski udarni napon, AC - podnosivi izmjenič izmjenični napon industrijske frekvencije.

Oznake vrste rashladnog sredstva Vrsta rashladnog sredstva Mineralno ulje ili ekvivalentna zapaljiva sintetska izolacijska tekućina Nezapaljiva sintetska izolacijska tekućina Plin Voda Zrak

Oznaka O L G W A

Oznake nač načina strujanja rashladnog sredstva Način strujanja rashladnog sredstva Prirodno Prisilno Dirigirano

Oznaka N F D

41

PODACI NATPISNE PLOČ PLOČICE Poredak oznaka za nač način hlađenja hlađenja transformatora 1. oznaka

2. oznaka

3. oznaka

Vrsta sredstva

4. oznaka

Sredstvo koje odvodi toplinu iz hladila

Sredstvo koje hladi namot Način strujanja

Vrsta sredstva

Način strujanja

Primjeri: oznaka ONAN/ONAF - transformator se hladi na dva

nač načina, ina, prirodnim hlađenjem hlađenjem uljem i zrakom, zrakom, sa ili bez ventilatora,

ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJE

oznaka AN - suhi transformator prirodno hlađen hlađen zrakom

bez zaš zaštitnog plaš plašta, ta, oznaka ANAN ANAN - suhi transformator prirodno hlađen hlađen zrakom

sa zaš zaštitnim plaš plaštom.


Zagrijanje transformatora. transformatora.

jedino

ogranič ograničenje

Nazivna snaga transformatora zagrijanjem u trajnom pogonu. pogonu.

-

na


rad

određ određena

Prijelaz topline

Najosjetljiviji dio transformatora - izolacija namota. namota. O izolaciji ovisi transformatora. transformatora.

životni ivotni

vijek

(rok

trajanja)

Niže temperature u pogonu - životni ivotni vijek već veći.



Prijelaz topline

Prijelaz topline

Tijekom rada u transformatoru se razvijaju gubici. gubici. Gubici se pretvaraju u toplinu - zagrijavaju transformator. transformator. Stvorenu toplinu treba odvesti iz transformatora. Okolni prostor mora imati imati niž nižu temperaturu. temperaturu. temperatura tijela A temperatura tijela B granica izoliranog sustava

ϑA > ϑB Tijelo A

Tijelo B

ϑA

ϑB

toplina u jedinici vremena

Q

Hlađ Hlađenje - proces odvođenja odvođenja topline s ugrijanog transformatora na okolni prostor. prostor. Bolje hlađ hlađenje – dozvoljeno već veće optereć opterećenje transformatora. transformatora. S tijela, tijela, koje ima viš višu temperaturu od okolnog prostora, prostora, toplina toplina prelazi u okolinu na tri nač načina: na: vođ vođenjem, enjem,

Izmjena topline između dva tijela

konvekcijom i isijavanjem. isijavanjem.

42



Zagrijavanje

Zagrijavanje Okolni prostor

Granica Granica dozvoljenog zagrijanja - određ određena ena dozvoljeno dozvoljenom temperaturo temperaturom izolacije namota. namota.

Homogeno tijelo PCu+ PFe= Q

ϑ

Kratkotrajno - mogu će preoptereć moguć preopterećenje snagom koja je 2-3 puta već veća od nazivne. nazivne. Zagrijavanje transformatora se zagrijavanje homogenog tijela. tijela.

promatra

kao

ϑ0

Zagrijavanje homogenog tijela

P t = 0 → ϑ = ϑ0

Homogeno tijelo tijelo - toplina usli uslijed gubitaka se razvija jednoliko po cijelom volumenu. volumenu.



Zagrijavanje

Stacionarno stanje

Razvijena toplinska energija u vremenu d t

d W = ( PCu + PFe ) d t = Q d t

Dio se troš troši na poviš povišenje temperature tijela za dϑ

Dio prelazi na okolinu

d Wϑ = m c d ϑ

d W k = S α (ϑ - ϑ0 ) d t

površ ovršina tijela temperatura koeficijent odvođenja topline okoline [ºC] [W / m2 / K ] temperatura površ površine tijela [ºC]

masa tijela specifič specifična toplina [Ws / kg / K ]

Zagrijavanje

dϑ = 0 ϑ = ϑm

ϑ < ϑm

Prijelazna pojava

d W = d Wϑ + d W k

Vremenski dijagram optereć opterećenja transformatora

t

0

Q = S α (ϑm - ϑ0 ) maksimalna temperatura tijela

d W = d Wϑ + d W k Q d t = m c d ϑ + S α (ϑ - ϑ0 ) d t S α (ϑm - ϑ0 ) d t = m c d ϑ + S α (ϑ - ϑ0 ) d t S α (ϑm - ϑ ) d t = m c d ϑ dϑ mc dt = ⋅ Sα (ϑm - ϑ )

vremenska konstanta zagrijavanja



Zagrijavanje Vremenska konstanta zagrijavanja

T=

Vremenska konstanta zagrijavanja je to manja što je: je:

mc Sα

Poč Početni uvjet

t = T ln

- produkt m c manji - manji toplinski kapacitet tijela, tijela, - S α već veći - bolje hlađ hlađenje. enje.

Diferencijalna jednadž jednadžba

dt =T ⋅

Zagrijavanje Vremenska ovisnost zagrijavanja

dϑ (ϑm - ϑ ) t=0

ϑ = ϑ0 Konač Konačno rješ rješenje diferencijalne jednadž jednadžbe

Rješ Rješenje

t = −T ⋅ ln (ϑm - ϑ ) + C

C = T ln (ϑm - ϑ0 ) t = T ln

(ϑm - ϑ0 ) (ϑm - ϑ )

Temperatura tijela

(ϑm - ϑ0 ) (ϑm - ϑ )



−

t



ϑ - ϑ0 = (ϑm - ϑ0 ) ⋅ 1 - e T 

 t −   ∆ϑ = ∆ϑm ⋅ 1 - e T    

Zagrijanje tijela

Vremenska konstanta - vrijeme potrebno da se tijelo zagrije na maksimalnu temperaturu, temperaturu, uz konstantno dovođ dovođenje topline i bez odvođenja odvođenja topline (bez hlađ hlađenja). enja).

43

ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJE Zagrijavanje

∆ϑ


T ∆ϑ m

0,865 ∆ϑm 0,632 ∆ϑm

0

Propis: ropis: pokus zagrijavanja se vrš vrši tako dugo dok prirast temperature u zadnja dva sata mjerenja ne postane manji od 1 oC/sat.

t

Bolje hlađenje hlađenje (npr. ventilator) – transformator se brž brže zagrije zagrije na maksimalnu temperaturu nego uz prirodno hlađ hlađenje, enje, ali je maksimalna temperatura manja. manja.

ϑ = ϑm

Vremenske konstante već veće kod već većih jedinica (uz istu vrstu hlađ hlađenja) enja) - problem hlađ hlađenja već veći.

3T

2T

T

Mjerenje zagrijavanja trajalo bi jako dugo. dugo.

0,95 ∆ϑm

Krivulja zagrijavanja homogenog tijela

Stacionarno stanje – teoretski: t = ∞ – praktič praktički: t = 5 T


∆ϑ


T

∆ϑm3

veliki teret

∆ϑm2

srednji teret

Isti sti transformator - vremenska konstanta zagrijavanja ista (za (za svaki svaki teret) teret). Maksimalno aksimalno zagrijanje - u sva tri sluč slučaja nakon istog vremena (približ približno 5 T ).

∆ϑm1

0

mali teret

T

2T

3T

t

Maksimalna temperatura već veća kod već većeg tereta - gubici u transformatoru već veći. U trajnom pogonu je maksimalno maksimalno zagrijanje proporcionalno proporcionalno gubicima: gubicima:

∆ϑm =

Krivulje zagrijavanja transformatora kao homogenog tijela za različ različite terete

Q = k ⋅ ( PCu + PFe ) Sα



Hlađenje

Diferencijalnu jednadž jednadžbu hlađ hlađenja dobijemo ako u jednadž jednadžbi zagrijavanja pretpostavimo da nema dovoda topline (Q=0).

P

Hlađenje 0

t = 0 → ϑ = ϑm t

Vremenski dijagram rastereć rasterećenja transformatora

44



Hlađenje Diferencijalna jednadž jednadžba zagrijavanja

Hlađenje Vremenska ovisnost hlađenja hlađenja

Q d t = m c d ϑ + S α (ϑ - ϑ0 ) d t

t = T ln

Diferencijalna jednadž jednadžba hlađenja Temperatura tijela

0 = m c d ϑ + S α (ϑ - ϑ0 ) d t d t = −T ⋅ Poč Početni uvjet

ϑ - ϑ0 = (ϑm - ϑ0 ) ⋅ e

Rješ Rješenje

dϑ (ϑ - ϑ0 )

t = −T ⋅ ln (ϑ - ϑ0 ) + C

t=0

C = T ln ( ϑm - ϑ0 )

ϑ = ϑm Konač Konačno rješ rješenje diferencijalne jednadž jednadžbe hlađenja

t = T ln

Trenutno zagrijanje tijela

−

t T

∆ϑ = ∆ϑ m ⋅ e

−

t T

Krivulja hlađ hlađenja - zrcalna slika krivulje zagrijavanja s obzirom na pravac: pravac:

(ϑm - ϑ0 ) (ϑ - ϑ0 )

∆ϑ = 0.5 ∆ϑm


∆ϑ

(ϑm - ϑ0 ) (ϑ - ϑ0 )

Hlađenje

T


∆ϑ m krivulja zagrijavanja zagrijavanja

0.5∆ϑm krivulja hlađ hlađenja enja

0

T

2T

3T

t

Krivulje Krivulje zagrijavanja i hlađenja homogenog tijela

t=0 Stacionarno stanje – teoretski: t = ∞ – praktič praktički: t = 5 T Poč Početni uvjet:

Zagrijavanje i hlađenje realnog transformatora

ϑ = ϑm ϑ = ϑ0





Izvedene krivulje vrijede za homogeno tijelo. tijelo. Transformator nije homogeno tijelo: tijelo: napravljen napravljen od različ različitih materijala (različ različitih svojstava), svojstava), toplina se razvija samo u aktivnim dijelovima. dijelovima.

Ima viš više vremenskih konstanti. Osnovne dvije vremenske konstante transformatora: vremenska konstanta namota – 3 do 15 minuta, minuta, vremenska konstanta ulja+jezgre ulja+jezgre - 1,5 do 3 sata. sata.

Namot se puno brž brže zagrije i ohladi od ulja!

Mjerena krivulja zagrijavanja transformatora razlikuje se od krivulje zagrijavanja homogenog tijela u poč početnom dijelu. dijelu. Na poč početku krivulje - vremenska konstanta manja nego u drugom dijelu. dijelu. Stvarno - dva procesa zagrijavanja: zagrijavanja: zagrijavanje namota i zagrijavanje rashladnog sredstva (ulje ili zrak). zrak).

Namot i rashladno sredstvo – svaki zasebno homogeno tijelo. tijelo.

su

45

∆ϑ ∆ϑ m

T1





Namot ima: ima:

T2

mnogo manji toplinski kapacitet nego ulje i zrak, viš višestruko manju vremensku konstantu, konstantu, bolji odvod topline. topline.

T1 < T2 homogeno tijelo

Specifič pecifična toplina bakra iznosi 390 Ws/kg/K, Ws/kg/K, a ulja 1883 Ws/kg/K. Ws/kg/K.

transformator

0

t

Krivulje zagrijavanja transformatora i homogenog tijela

ZAGRIJAVANJE I HLAĐENJE Zagrijavanje i hlađenje realnog transformatora

Odvod topline s namota na ulje je puno bolji, bolji, nego s ulja na okolinu. okolinu. Vremenska remenska konstanta konstanta zagrijavanja transformatora jednaka jednaka vremenskoj konstanti ulja. ulja.


Kod naglih preoptereć preopterećenja se namot brzo zagrije. zagrije. Može se razviti visoka temperatura namota. Temperatura ulja se neznatno promijeni - mož može ostati u dozvoljenim granicama. Najtež Najteži rež režim rada transformatora - kratki spoj. spoj. Struja kratkog spoja - nekoliko nazivne. nazivne.

puta već veća od

Gubici, koji nastaju pri radu transformatora u aktivnim dijelovima (namot, namot, željezna jezgra) jezgra), pretvara ju se u toplinu. pretvaraju toplinu. Toplina prelazi s toplijeg na hladnije tijelo. tijelo. Toplina putuje od izvora (namot, namot, željezna jezgra) jezgra) prema površ površini transformatora i dalje na okolinu. okolinu.

Uz struju kratkog spoja 3 puta već veću od nazivne, nazivne, gubici u namotima i nadtemperatura porastu 9 puta. puta.


Ulje se u kotlu diž diže kroz namot i pokraj jezgre. jezgre. Toplina oplina sa namota i jezgre prelazi na ulje i grije ga. Ulje se hladi u radijatorima i pada na dno kotla. kotla. Na dnu kotla ulje ima temperaturu okoline. okoline. Uzduž Uzduž namota (po vertikali) vertikali) temperatura raste skoro linearno. linearno. Rashladni sistem transformatora hlađ hlađenog uljem i pripadni dijagram temperatura ulja i namota

46



Nadomjesna toplinska shema

Iskustveni podatak - razlika izmeđ između srednje temperature namota i srednje temperature ulja kod nazivnog optereć opterećenja: enja:

ϑCu, sr − ϑu,sr = 20 C o

Životni vijek

Vrijedi za sve transformatore. transformatore. Maksimalno Maksimalno zagrijanje ulja ∆ϑu - zadano zadano propisima. propisima.



Životna dob

Životna dob

Životni vijek transformatora - oko 30 godina. Najveć Najveće doz dozvoljeno zagrijanje namota:

Životni ivotni vijek izolacionog materijala - vrijeme u kojem taj materijal ima svoju mehanič mehaničku čvrstoć vrstoću.

ovisi o klasi izolacije, određeno je propisima. propisima.

Izolacijski zolacijski materijal - kod svake temperature izlož izložen starenju starenju. Starenje izolacionog materijala - kemijski proces tijekom kojega taj materijal gubi fizikalna svojstva, svojstva, odnosno svoje izolacijske sposobnosti. sposobnosti.

Kad izolacioni materijal izgubi mehanič mehaničku čvrstoć vrstoću njegov životni ivotni vijek iskoriš iskorišten. Životni ivotni vijek: ovisi o temperaturi izolacije, izolacije, to je već veći, što su manje temperature u pogonu.

Životni ivotni vijek treba rač računati s prosječ prosječnim temperaturama kroz predviđ predviđeno vrijeme koriš korištenja. tenja.

VRSTE POGONA

Tipič Tipične vrste optereć opterećenja: enja: trajni pogon,

VRSTE POGONA

kratkotrajni pogon, trajni pogon s kratkotrajnim optereć opterećenjem, enjem, isprekidani (intermitirani) intermitirani) pogon, pogon, trajni pogon s isprekidanim optereć opterećenjem, enjem, poljoprivredni pogon. pogon.

47

VRSTE POGONA VRSTE POGONA

Trajni pogon

Trajni rajni pogon - transformator je optereć opterećen konstantnom snagom dovoljno dugo da se postigne konač konačna maksimalna temperatura.

P ∆ϑ ∆ϑm

Trajni pogon

∆ϑ

P

Pn

Trajni pogon transformatora

0

t

azivna snaga - ona snaga kojom se trajno mož može opteretiti transformator, transformator, a da zagrijanje ne prijeđ prijeđe dozvoljenu granicu. granicu.

VRSTE POGONA

VRSTE POGONA Kratkotrajni pogon

Kratkotrajni ratkotrajni pogon - transformator je

optereć opterećen konstantnom snagom kroz određ određeno vrijeme u kojem se ne zagrije do konač konačne maksimalne temperature, a nakon toga je iskopč iskopčan dovoljno dugo da se ohladi na temperaturu okoline. okoline.

P ∆ϑ

P

Kratkotrajni pogon

∆ϑ

0

VRSTE POGONA

t

Kratkotrajni pogon transformatora

VRSTE POGONA Trajni rajni pogon s kratkotrajnim optereć opterećenjem: enjem: transformator radi u praznom hodu i zagrije se na temperaturu praznog hoda, hoda, nakon toga se optereti, optereti, ali ne dovoljno dugo da bi se zagrijao do maksimalne temperature koja odgovara tom teretu,

Trajni pogon s kratkotrajnim opterećenjem

potom ponovo radi u praznom hodu dovoljno dugo da se ohladi na temperaturu praznog hoda. hoda.

P ∆ϑ

P

P0 0

∆ϑ

t

Trajni pogon s kratkotrajnim optereć opterećenjem transformatora

48

VRSTE POGONA

VRSTE POGONA Isprekidani sprekidani (intermitirani intermitirani) pogon - optereć opterećenje i isključ isključenje transformatora izmjenjuju se u takvim vremenskim razmacima da se transformator, transformator, za vrijeme kad je iskopč iskopčan, ne stigne ohladiti na temperaturu okoline. okoline.

P ∆ϑ

Isprekidani pogon

∆ϑ

0

VRSTE POGONA

P

Isprekidani pogon transformatora

t

VRSTE POGONA

Isprekidani pogon

Maksimalno trajanje jedne periode iznosi 10 minuta. Intermitencija - relativno trajanje optereć opterećenja. To je omjer trajanja optereć opterećenja i ukupnog trajanja jedne periode. periode.

Trajni pogon s isprekidanim opterećenjem

Intermitencija obič obično iznosi 15%, 25% ili 40%.

VRSTE POGONA Trajni rajni pogon s isprekidanim optereć opterećenjem - optereć opterećenje i prazni hod transformatora izmjenjuju se u takvim vremenskim razmacima da se transformator za vrijeme praznog hoda ne stigne ohladiti na temperaturu praznog hoda. hoda.

P ∆ϑ

VRSTE POGONA

P

Poljoprivredni pogon

∆ϑ

P0

0

t

Trajni pogon s isprekidanim optereć opterećenjem transformatora

Perioda i intermitencija - kao kod intermitiranog pogona.

49

VRSTE POGONA Poljoprivredni pogon

Poljoprivredni pogon - transformator mora biti tako dimenzioniran da trajno podnosi 60% preoptereć preopterećenja. Tijekom godine - dozvoljeno 500 sati kratkotrajnog pogona po 12 sati s dvostrukim naz nazivnim optereć opterećenjem poslije trajnog pogona s nazivnim optereć opterećenjem. enjem.

PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORA Osnovni zadatak transformatora: transformatora:

projekta

i

konstrukcije

transformator - što manji, manji, lakš lakši i jeftiniji, jeftiniji, pogonska sposobnost uz nazivne uvjete ispunjena za predviđ predviđeni eni životni ivotni vijek. vijek.

gustoć gustoća struje u bakru namota 1,5 - 3,5

.106

-

PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORA Gubici u bakru i željezu rastu s kvadratom specifič specifičnih optereć opterećenja. nja. Male promjene u specifič specifičnim optereć opterećenjima uzrokuju velike promjene u gubicima. gubicima.

koriš korištenje tenje najekonomič najekonomičnije (godiš godišnji troš troškovi što manji), manji),

Specifič Specifična optereć opterećenja u transformatoru određ određenim granicama, granicama, prema iskustvu: iskustvu:

PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORA

u

A/m2,

indukcija u željeznoj jezgri 1,2 -1,5 T za toplovaljane limove, limove,

Ogranič Ograničenje na specifič specifična optereć opterećenja u željezu struja magnetiziranja. magnetiziranja. Poveć Povećanje indukcije od 1,5 na 1,65 T (10%) kod toplovaljanih limova uzrokuje poveć struje povećanje magnetiziranja 2,5 puta. puta. Navedena specifič specifična optereć opterećenja - polazna toč točka za prorač proračun transformatora. transformatora.

1,6 -1,8 T za hladnovaljane limove. limove.



Transformator za istu snagu mož može biti: visok i uzak ili nizak i širok, irok, s viš više željez eljeza i manje bakra ili manje željez eljeza i viš više bakra.

Razna rješ rješenja - samo jedno rješ rješenje daje najjeftiniji transformator. transformator. Najpovoljnije rješ rješenje - iz odnosa odnosa geometrijskih i električ električnih velič veličina. na.

izmeđ između

Zakoni sličnosti

Pretpostavka retpostavka - frekvencija, frekvencija, specifič specifična optereć opterećenja i faktori punjenja unaprijed određ određeni i konstantni. konstantni.

50



Zakoni slič sličnosti

Promjena Promjena linearnih dimenzija X puta Iskustva dobivena na jednom transformatoru određ određenih znač značajki se prenose na slič slične transformatore. transformatore. Polazi se od promjene svih linearnih dimenzija X puta (poveć povećanje ili smanjenje). smanjenje). Treba odrediti novu snagu, snagu, površ površinu, inu, masu, masu, cijenu, cijenu, gubitke i stupanj djelovanja. djelovanja. Pretpostavka: Pretpostavka: ne mijenjaju se optereć opterećenja, enja, niti faktori punjenja. punjenja.

niti

specifič specifična



Ukratko - promjene najvaž najvažnijih velič veličina s promjenom dimenzija X puta: puta:

S '= S X 4 masa: m'= mX3 masa: C '= C X3 cijena: cijena: gubici: gubici: Pg ' = Pg X 3

snaga: snaga:

S poveć povećanjem linearnih dimenzija X puta, puta, razvijena toplina raste raste s X3, a rashladna površ površina samo s X2. Stoga se rashladna površ površina mora dodatno poveć povećati odgovarajuć odgovarajućom izvedbom kotla. kotla.



P1 − Pg P Stupanj djelovanja η= 2 = P1 P1 1 ovi stupanj djelovanja 4 3 P1 − Pg P P1 '− Pg ' 1 X − Pg X X = = η' = P1 X 4 P1 P1 ' ova masa po jedinici nove snage 3

m' m X 1 m = = 4 S' S X X S

ova cijena po jedinici nove snage

C' 1 C = S' X S

S poveć povećanjem dimenzija transformatora poveć poveća se stupanj djelovanja, djelovanja, a masa po jedinici snage se smanji. Što je transformator već veći, to ima bolji stupanj djelovanja, djelovanja, i jeftiniji je po jedinici snage. snage.


Q' = Q X 3

razvijena toplina: toplina:


η [%] 99

98

97

96

95

SP [kW] [kVA] 10

20

50

100

200

500

1000

2000

5000

10000

Stupnjevi djelovanja transformatora snaga 20 -2000 kVA

PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORA Proizvodna cijena

Transformator - ima aktivni aktivni i pasivni pasivni dio dio. Aktivni dio - željezna jezgra i namoti. namoti. Pasivni dio: dio: kotao, kotao, ulje i ostali konstrukcijski dijelovi. dijelovi. Iskustvo: skustvo: cijena gotovog uljnog transformatora oko 3 puta već veća od cijene materijala aktivnog dijela.

Proizvodna cijena

Cijena jezgre

Cijena namota

C Fe = m Fe cFe

C Cu = mCu cCu

cijena po kilogramu masa jezgre mase transformatorskog namota cijena lima pomasa kilogramu mase izoliranog vodič vodiča Cijena ijena transformatora

C = 3 (m Cu cCu + m Fe c Fe )

Zadatak projektanta - za određ određenu snagu projektirati projektirati najjeftiniji transformator. transformator.

51


PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORA Odnosi cijene, mase i gubitaka

Odluč faktor za dlučujuć ujući transformatora mož može biti: biti:

Odnosi cijene, mase i gubitaka

izbor

najpovoljnijeg

proizvodna roizvodna cijena, cijena, minimalna masa ili minimalni troš troškovi u predviđ predviđenom periodu koriš korištenja

(odnosno minimalni gubici u transformatoru) transformatoru) .

Razmotriti - optimalne promjere za transformator: najjeftiniji, najlakš najlakši i s najmanjim gubicima.

C ⋅ 10

6

m ⋅ 10

[ USD ]

3

PROJEKTIRANJE Odnosi cijene, mase i gubitaka

[ kg ]

0.24

0.22

22

0.20

20

0.18

18

a) 4

D0 = 0 , 041 S ⋅10

Pg

−3

[ kW ]

b)

0.16

16

300

0.14

14 D = 0 , 048 4 S ⋅10 −3 0

200

0.12

c)

D0 = 0, 0614 S ⋅10 −3 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5


0.6

Ekonomika

100

0.7

0.8

D [m]

Ovisnost mase, mase, cijene i gubitaka o promjeru stupa (transformator 15 MVA, 110 kV, napon napon kratkog spoja 11%) a) masa, masa, b) cijena, cijena, c) gubici. gubici.



Ekonomika

Ekonomika

Godišnji troškovi Prethodna rethodna razmatranja - najjeftiniji transformator ne mora biti i najekonomič najekonomičniji. niji.

Stalni troškovi

Ekonomika konomika transformatora - cijena i troš troškovi pogona. pogona.

kamate na uloženi kapital

Zadatak za određeni određeni najekonomič najekonomičniji transformator.

pogon

odabrati

Promjenljivi troškovi

troškovi za električnu energiju otpisi (amortizacija)

koja se troši na gubitke u namotima

troškovi za električnu energiju koja se troši na gubitke u željezu

Najekonomič Najekonomičniji transformator - ukupni godiš godišnji troš troškovi najmanji.

ostali troškovi (za prostoriju u kojoj je transformator)

52



Ekonomika

Ekonomika

Troš Troškovi transformatora - u uskoj vezi s gubicima u transformatoru. transformatoru. Razmotriti - utjecaj omjera gubitaka u bakru i željezu na stupanj djelovanja transformatora. transformatora. Ustanoviti - kod kojeg tereta će stupanj djelovanja biti najbolji. najbolji. Stupanj djelovanja nazivnom snagom: snagom:

transformatora

optereć opterećenog

P2n η= P2n + PFen + PCun

snaga se promijeni x puta: puta: gubici u bakru se promijene promijene x2 puta: puta: gubici u željezu ostanu ostanu nepromijenjeni: nepromijenjeni:

P2 = P2n x PCu = PCun x 2 PFe = PFen

Stupanj djelovanja – ovisno o teretu: teretu:

η=

nazivna radna snaga

gubici u jezgri u nazivnom radu

Teret (struja) se promijeni x puta: puta:

P2 P2n x = P2 + PFe + PCu P2n x + PFen + PCun x 2

gubici u namotima u nazivnom radu

PROJEKTIRANJE TRANSFORMATORA Ekonomika Stupanj djelovanja

η=

P2n x u = 2 P2n x + PFen + PCun x v

Diferencijalna jednadž jednadžba

Rješ Rješenje

v

du dv −u =0 dx dx

ajbolji stupanj djelovanja

dη =0 dx

PCun x 2 − PFen = 0

TRANSFORMATOR U POGONU

PCun x 2 = PFen ajbolji stupanj djelovanja ima transformator kod onog optereć opterećenja kod kojeg su gubici u bakru jednaki gubicima u željezu. eljezu. Vrijedi za transformator koji je optereć opterećen konstantnom snagom. snagom.


TRANSFORMATOR U POGONU Paralelni rad

Paralelni spoj viš više transformatora - spajanje: spajanje: visokonaponske strane svih transformatora na odgovarajuć odgovarajuće faze visokonaponske mrež mreže i niskonaponske strane svih transformatora na odgovarajuć odgovarajuće faze niskonaponske mrež mreže.

Paralelni rad

Uvjeti vjeti za za paralelni rad transformatora transformatora: prijenosni omjeri i nazivni naponi moraju biti jednaki, jednaki, fazni pomaci pomaci istoimenih sekundarnih faza prema istoimenim primarnim fazama moraju moraju biti jednaki – satni broj mora biti jednak, jednak, naponi kratkog spoja moraju biti jednaki, jednaki, odnosno razlika mora biti u dozvoljenim granicama, granicama, nazivne snage trebaju biti približ približno jednake. jednake.

53

TRANSFORMATOR U POGONU L1 L2 L3

Paralelni rad

TRANSFORMATOR Paralelni rad

Osnovno pravilo paralelnog rada - niti jedan transformator ne smije biti trajno preoptereć preopterećen. 1U 1V 1W

1. uvjet za paralelni rad

1U 1V 1W

1U

1U

2V

2V 2U

1W 2U 2V 2W

Prijenosni omjeri omjeri moraju biti jednaki - uvjet je čvrš vršći, nego za jednakost napona. napona.

2W

2W

1W

1V

Dy5

2U 2V 2W

2U

Kod nejednakih napona je samo jedan transformator viš više ili manje optereć opterećen od drugoga. drugoga. 1V

Izmeđ Između prijenosnih omjera (omjera broja zavoja) zavoja) ne smije postojati razlika. razlika.

Yd5

Kod nejednakih prijenosnih omjera izjednač izjednačenja. enja. razlika sekundarnih napona

L1 L2 L3

Struju izjednač izjednačenja potjera razlika sekundarnih napona: napona:

Paralel Paralelni rad dvaju transformatora


2. uvjet za paralelni rad

Fazni pomak istoimenih sekundarnih faza prema istoimenim primarnim fazama mora biti isti - satni broj mora biti jednak. jednak. Paralelno mogu raditi: raditi:

Paralelni rad

Primjer: paralelno rade dva transformatora: transformatora: s različ različitim nazivnim snagama Sn i Sn’ i s različ različitim naponima kratkog spoja uk i uk’.

kt =

3. uvjet za paralelni rad Prema IEC preporukama razlika u naponima kratkog spoja ne smije biti već veća od ± 10%. Transformatori imaju jednake snage, a različ različiti uk transformator s manjim manjim uk preuzima već veći teret. teret.


struja

razlika omjera broja zavoja


drugi transformator grupe spoja Yd5. Yd5.

Naponi kratkog spoja moraju biti jednaki. jednaki.

se

∆ u2 [%] = ∆ n [%]

Faktori kt i kt’ optereć opterećenja: enja:

jedan transformator grupe spoja Dy5 i

javlja

Pad napona na oba transformatora mora biti isti: isti:

S Sn

snaga koju prenosi prvi transformator snaga koju prenosi drugi transformator

kt ' =

S' Sn '

k t uk = k t ' u k '

Suma snaga oba transformatora mora biti jednaka snazi St koja se predaje teretu: teretu:

S t = S + S ' = kt Sn + kt ' S n '


Paralelni rad Paralelni rad dvaju transformatora (s već većim i manjim naponom kratkog spoja) spoja) pri prijenosu snage 220 kVA

Faktori optereć opterećenja transformatora: transformatora:

kt =

St u Sn + Sn ' k uk '

kt ' =

St u ' S n k + Sn ' uk

Snaga prvog transformatora: transformatora:

S = kt Sn

Snaga drugog transformatora: transformatora:

S ' = kt ' S n '

Transformator 1 Transformator 2

100 kVA

120 kVA

Napon kratkog spoja

6%

4%

Faktor opterećenja b

0,7857

1,179

78,57 kVA

141,43 kVA

Nazivna snaga

Prenijeta snaga

Razlika u naponima naponima kratkog spoja je prevelika!

54



Paralelni rad

4. uvjet za paralelni rad Nazivne snage trebaju biti približ približno jednake. jednake. Jedan od transformatora je preoptereć preopterećen: en: u sluč slučaju nejednakih napona kratkog spoja i

Viši harmonici

ako je ukupna snaga, snaga, koju transformatori prenose, prenose, jednaka zbroju njihovih nazivnih snaga. snaga.

Treba smanjiti ukupnu snagu koja se prenosi, prenosi, tako tako da niti jedan transformator ne bude preoptereć preopterećen. IEC preporuke: preporuke: nema svrhe povezivati u paralelni rad transformatore čiji je omjer nazivnih snaga već veći od 3:1.



Viš Viši harmonici


Struja magnetiz magnetiziranja - glavni izvor viš viših harmonika u transformatoru.

Φm

Uz zanemarenje histereze i vrtlož vrtložnih struja (krivulja krivulja prvog magnetiziranja) magnetiziranja) - struja magnetiziranja simetrič simetrična. na.

Φt

Napon, Napon, narinut na primarni namot, namot, je sinusan - traž traži sinusni magnetski tok. tok. Struja magnetiziranja protjecanje. protjecanje.

-

s

primarnim

zavojima

iµ

stvori

i µ1

Protjecanje u željeznoj jezgri uzbudi magnetski tok. tok. Magnetski tok inducira uravnotež uravnoteženo stanje. stanje.

sinusni

protunapon

-

Prema krivulji magnetiziranja - odnos između između magnetiziranja i magnetskog toka nelinearan.

stvo stvori struje

Struja magnetiziranja ima nesinusni oblik. oblik.

Iµm

0

0




I µ = I µFe

Struja magnetiziranja sadr ži osnovni i samo neparne viš sadrž više harmonike: harmonike:

  i µ = 2  I µ1 sin (ω t + ϕ1 ) m ∑ I µ ν sin ν (ω t + ϕ ν ) ν =3, 5 , 7...  

Veći transformator ima: već veće indukcije,

T 4

T 2

t

Nesinusni oblik struje magnetiziranja željeza a) ukupna struja, struja, b) osnovni harmonik, harmonik, c) treć treći harmonik, harmonik, d) peti harmonik

TRANSFORMATOR U POGONU Pretpostavka:

i µ3

i µ5

Amplituda viš višeg harmonika pada s poveć povećanjem reda harmonika. harmonika. Harmonik

Iznos [%]

Osnovni

100

Treći

24,5

Peti

3,43

Sedmi

1,72

Deveti

0,26

Harmonici struje magnetiziranja

željezo jač jače zasić zasićeno, viš viši harmonici struje magnetiziranja već veći.

Viš Viši harmonici prouzrokuju gubitke i teš teškoć koće - nastoji ih se eliminirati ili barem smanjiti. smanjiti.

55


TRANSFORMATOR U POGONU Viš Viši harmonici


Treć Treći harmonici struje magnetiziranja - sve tri faze (A, (A, B, C): C):

Peti harmonici u trofaznom sistemu - vremenski razmaknuti za 120o, ali s obrnutim redosljedom faza nego osnovni harmonik.

iµ 3A = − 2 I µ 3 sin 3 (ω t + ϕ 3 )

Sedmi harmonici harmonici - vremenski razmak i redosljed faza kao osnovni. osnovni.

Najveć Najveći viš viši harmonik je treć treći.

2π   iµ 3B = − 2 I µ 3 sin 3  ω t + ϕ 3 −  = − 2 I µ 3 sin 3 (ω t + ϕ 3 ) 3   4π   iµ 3C = − 2 I µ 3 sin 3  ω t + ϕ 3 −  = − 2 I µ 3 sin 3 (ω t + ϕ 3 ) 3   Treć reći harmonici struje u sve tri faze - istofazni! istofazni!

Deveti harmonici - istofazni kao i treć treći harmonik itd. itd. Utjecaj viš viših harmonika jako ovisi o: spoju primarnog namota, namota, uzemljenju i izvedbi jezgre (tipu) tipu) transformatora. transformatora.





Zvijezda spoj namota s nulnul-vodom i Različ azličiti sluč slučajevi (spoj primarnog namota i tip jezgre): jezgre):

jezgra jezgra s magnetskim povratnim putem

zvijezda spoj namota s nulnul-vodom i jezgra s magnetskim povratnim putem, putem,

američ američki sistem od tri jednofazna transformatora, spojena sa zajednič zajedničkim nulnul-vodom, vodom, i

zvijezda spoj namota bez nulnul-voda i jezgra s magnetskim povratnim putem, putem,

trofazni ogrnuti transformator sa namotom spojenim u zvijezdu i s nulnulvodom. vodom.

zvijezda spoj namota bez nulnul-voda i jezgra bez magnetskog povratnog puta, puta,

Narinuti arinuti sinusni sinusni napon - sinusni magnetski tok. tok.

zvijezda spoj namota s nulnul-vodom i jezgra bez magnetskog povratnog puta, puta,

Struja magnetiziranja obiluje viš višim harmonicima - najveć najveći treć treći harmonik. harmonik.

trokut spoj namota. namota.

u Φ

u

Svi viš viši harmonici 3. reda su istofazni (3., 9., 15. itd.) itd.) zatvaraju se preko nulnul-voda. voda.


Φt


a) t

0

b)

iµ

i i µ3

0

i µ1


Struje viš viših harmonika teku teku i stvaraju stvaraju gubitke: gubitke: u primarnom namotu transformatora i u dalekovodima i

Napon, Napon, magnetski tok i struja magnetiziranja u jednoj fazi kod spoja transformatora u zvijezdu s nulnul-vodom i s magnetskim povratnim putem

t

a) narinuti napon, napon,

e) d) c)

b) magnetski tok, tok, c) ukupna struja magnetiziranja, magnetiziranja, d) osnovni harmonik struje, struje, e) treć treći harmonik struje. struje.

u ostalim dijelovima električ električne mrež mreže na koju je transformator priključ priključen.

Viš Viši harmonici imaju viš višu frekvenciju. frekvenciju. Reaktancije su proporcionalne frekvenciji - induktivni induktivni padovi napona na reaktancijama su proporcionalno već veći. Struje viš viših harmonika stvaraju i padove napona: napona: na rasipnim reaktancijama generatora to stvara deformacije izlaznog napona generatora, generatora, deformirani napon se prenosi preko transformatora u sekundarnu mrež mrežu, u ostalim dijelovima mrež mreže.

56


u i


u

iµ


Zvijezda spoj namota bez nulnul-voda voda i jezgra jezgra s magnetskim povratnim putem

0

a)

američ američki sistem od tri jednofazna transformatora bez nulnul-voda i trofazni ogrnuti transformator sa namotom spojenim u zvijezdu, zvijezdu, takođ također bez nulnul-voda. voda.

Nema nulnul-voda - ne mogu se zatvarati viš viši harmonici treć trećeg reda struje jer su istofazni (suma različ različita od nule) nule). Postoje ostoje 5., 7., 11. itd. itd. harmonik - suma jednaka nuli. nuli. Struja magnetiziranja mora biti sinusnog oblika.


Φ

Φt

a) narinuti napon, napon,

e)

0

t

Φ3 c) d)

u uA

Magnetski tok sadrž sadrži osnovni osnovni i treć treći harmonik.

uB

Osnovni harmonik narinutom naponu. naponu.

induciranog napona drž drži ravnotež ravnotežu

b) narinuta sinusna struja magnetiziranja, magnetiziranja, c) ukupni magnetski tok, tok, d) osnovni harmonik magnetskog toka, toka, e) treć treći harmonik toka. toka.

TRANSFORMATOR U POGONU uC Viš Viši harmonici a) b)

Treć reći harmonik toka se mož može zatvarati magnetskim putem. putem. Magnetski agnetski tok deformiran eformiran - u fazama se induciraju osnovni i treć treći harmonik napona. napona.

Napon, Napon, magnetski tok i struja magnetiziranja u jednoj fazi kod spoja transformatora u zvijezdu bez nulnul-voda i s magnetskim povratnim putem

b)

Φ1

Struja je sinusna - magnetski tok mora biti nesinusan (zbog nelinearnosti krivulje magnetiziranja željeza) eljeza).


t

u3 0

d)

uf C

t

c)

Treć Treći harmonici induciranog napona: napona: u svim fazama istofazni, istofazni, ne mogu potjerati struje jer nema nulnul-voda, voda, pribrajaju se narinutim faznim naponima – ne mijenjaju linijske napone! napone!


Vremenski prikaz faznih napona kod spoja transformatora u zvijezdu bez nulnul-voda i s magnetskim povratnim putem a) osnovni harmonik prve faze, faze, b) osnovni harmonik druge faze, faze, c) osnovni harmonik treć treće faze, faze, d) treć treći harmonik. harmonik.



Inducirani napon je proporcionalan toku i frekvenciji. frekvenciji. Treć Treći harmonik magnetskog toka - kod već većih zasić zasićenja iznosi i do 30% osnovnog harmonika.


Zvijezda spoj namota bez nulnul-voda voda i jezgra jezgra bez magnetskog magnetskog povratnog povratnog puta puta europski jezgrasti tip transformatora s primarnim namotom spojenim u zvijezdu i bez nulnul-voda. voda.

Sluč Slučaj je slič sličan prethodnom. prethodnom. Frekvencija triput već veća od nazivne - napon mož može poprimiti 3x30%=90% narinutog faznog napona. napona. Spoj zvijezda bez nulnul-voda - ne primjenjuje se kod transformatora s magnetskim povratnim putem! putem!

Nema nulnul-voda - ne mogu se zatvarati viš viši harmonici treć trećeg reda struje. struje. Struja mora biti sinusnog oblika. oblika. Magnetski tok mora biti nesinusan. nesinusan.

57





Jezgrasti ezgrasti transformator nema povratni magnetski put. Istofazni treć treći harmonici toka mogu se zatvarati samo kroz zrak izmeđ između jarmova. jarmova. Treć Treći harmonik toka malen - zbog velikog magnetskog otpora zraka među među jarmovima. jarmovima. Treć reći harmonik toka malen malen - i inducirani napon malen. malen. Europski tip transformatora dozvoljava upotrebu zvijezda spoja primarnog namota bez nulnul-voda. voda.

Zvijezda spoj namota s nulnul-vodom vodom i jezgra jezgra bez magnetskog magnetskog povratnog povratnog puta puta europski jezgrasti tip transformatora s primarnim namotom spojenim u zvijezdu s nulnul-vodom. vodom.

Sluč Slučaj je jednak kao kod transformatora s magnetskim povratnim putem. putem. Magnetski tok je sinusni sinusni - struja magnetiziranja je nesinusna. nesinusna.

Skoro potpuno eliminira napone treć trećeg harmonika.

Problem nastane ako narinuti napon nije čisto sinusoidalan.

Peti i sedmi harmonik se pojavljuju samo u struji – zanemarivi zanemarivi su. su.

Prema propisima - oblik napona mož može odstupati od sinusoide do 5% od amplitude osnovnog harmonika. harmonika.



u

u1 b)

0

Φ 0

t

u3 a)

Φ1

d) t c)

Φ3

i

i µ3

Napon, Napon, magnetski tok i struja magnetiziranja u jednoj fazi kod spoja transformatora u zvijezdu s nulnul-vodom i bez magnetskog povratnog puta za sluč slučaj kad napon ima osnovni i treć treći harmonik a) narinuti osnovni harmonik napona, napona, b) narinuti treć treći harmonik napona, napona, c) osnovni harmonik

iµ 0



magnetskog toka, toka,

e) f)

t

d) treć treći harmonik magnetskog toka, toka, e) nesinusna struja, struja,

Za potreban magnetski tok, tok, zbog velikog magnetskog otpora, otpora, struja magnetiziranja je jako velika. velika. Treć reći harmonik struje mož može postati puno već veći od osnovnog harmonika. Proizlazi: roizlazi: spoj primarnog namota u zvijezdu povoljan u dva sluč slučaja: aja: električ električki s nulnul-vodom i magnetski s povratnim putem i električ električki bez nulnul-voda i magnetski bez povratnog puta. puta.

f) treć treći harmonik struje. struje.


i1U

i1V


1V

Trokut spoj primarnog namota

iµ1U1V

Nema moguć mogućnosti nosti uzemljenja. uzemljenja.

iµ3

U svakom namotu se mora inducirati sinusni protunapon. protunapon.

1U

linijske struje

iµ1V1W

Namot svake faze - direktno na linijskom naponu mrež mreže.

Za induciranje sinusnog napona potreban je sinusni magnetski tok. tok.

i1W


struja trećih harmonika

iµ1W1U 1W

fazne struje

Struje magnetiziranja kod spoja transformatora u trokut

Struja magnetiziranja u svakoj fazi - nesinusna zbog zbog nelinearnosti krivulje magnetiziranja. magnetiziranja.

Treć Treći harmonici struje magnetiziranja postoje samo u zatvorenom krugu primarnog namota. namota.

Treć reći harmonici linijske linijske struje ne mogu teć teći - istofazni su i njihova suma nije jednaka nuli.

Oni dodatno optereć opterećuju transformator. transformator. Stvaraju gubitke i dodatno zagrijavaju namot. namot.

58

TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR U POGONU


Nesimetrija u trofaznom transformatoru

Simetrič imetričan trofazni trofazni sustav stav - fazori napona i struje u sve tri faze jednaki: jednaki:


Ua

po vrijednosti i po međ međusobnom faznom pomaku. pomaku.

ϕa I a 120°

120°

Ic

Uc

ϕc ϕb

120°

Ib

Ub

Simetrič Simetričan trofazni sistem napona i struja

TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR U POGONU Nesimetrija u trofaznom transformatoru

Sekundarna ekundarna strana strana transformatora: transformatora: o teretu ovisi hoć hoće li i sistem struja biti simetrič simetričan.

Struje u pojedinim fazama i njihovi fazni pomaci prema pripadnom naponu ne moraju biti jednaki. jednaki.

Simetrič Simetričan trofazn trofaznii sistem struja: struja: faz fazni pomaci među među strujama jednaki:

Ia = Ib = Ic

∠( I a , I b ) = ∠( I b , I c ) = ∠( I c , I a )

fazorski zbroj struja jednak nuli:

Ia + Ib + Ic = 0

Naponi su simetrič simetrični - fazni pomaci između napona i struja istoimenih faza su jednaki:

ϕa = ϕb = ϕc

Simetrič Simetrični teret - skoro sva trofazna troš trošila. ila.


Ua Ia

Posljedica: sistem sistem struja ne mora biti simetrič simetričan, iako je sistem napona simetrič simetričan.

Ia ≠ Ib ≠ Ic ∠( I a , I b ) ≠ ∠( I b , I c ) ≠ ∠( I c , I a )

Nesimetrič esimetrični sistem struja: struja:

Ia + Ib + Ic ≠ 0 ϕa ≠ ϕb ≠ ϕc



Nesimetrič Nesimetričan trofazni sistem struja u simetrič simetričnom trofaznom sistemu napona

Uc


Nesimetrič esimetrično optereć opterećenje - svaka faz faza optereć opterećena drugom vrijednoš vrijednošću ili drugim karakterom troš trošila. ila.

trofazni sistem sekundarnih napona je simetrič simetričan,

struje jednake po iznosu: iznosu:


Najnepovoljniji sluč nesimetrič optereć slučaj nesimetričnog opterećenja optereć opterećenje samo jedne faze transformatora.

-

Ponaš Ponašanje transformatora kod nesimetrič nesimetričnog optereć opterećenja ovisi o spojevima namota. namota.

Ic Ib

Ub

Nesimetrič Nesimetrični teret – obič obično jednofazna troš trošila. ila. Jednofazna troš trošila se nezavisno priključ priključuju. uju. Ne moraju biti jednako raspoređena raspoređena po pojedinim faz fazama.

Rad transformatora je moguć moguć ako na primarnoj strani teč teče struja samo kroz onu fazu koja je na sekundarnoj strani optereć opterećena. Dodatna struja primara sa svojim protjecanjem poniš poništi djelovanje protjecanja optereć opterećene faz faze sekundara.

59




Spoj Yy s nulnul-vodom vodom na primarnoj strani

1U

1V

1W

1

I 0A

I 0B

I 1C I 1C t

Spoj omogu ćuje da primar povuč omoguć povuče iz mrež mreže dodatnu struju koja odgovara optereć opterećenju.

Optereć Opterećenje faze C

I 1C = I 0C + I 1C t

Dodatna struja primara sa svojim protjecanjem poniš poništi djelovanje protjecanja optereć opterećene faz faze sekundara. Na primarnoj strani teč teče struja samo kroz onu fazu koja je na sekundarnoj strani optereć opterećena.

Prazni hod

I 0A + I 0B + I 0C = 0

I2 I2 2U

2V

2W

2

ZT

dodatna struja tereta ukupna struja struja praznog hoda optereć opterećene faze optereć opterećene faze Jednofazno optereć opterećenje trofaznog transformatora u spoju Yy s nulnul-vodom na primarnoj strani





Spoj Yy bez nulnul-voda voda na primarnoj strani Spoj Yy s nulnul-vodom na primarnoj strani – omoguć omogućuje nesimetrič nesimetrično optereć opterećenje sekundara. Ne upotrebljava se radi opasnosti od kratkog spoja. spoja. Na visokonaponskoj strani se nulnul-vod treba uzemljiti. uzemljiti. U sluč slučaju zemnog spoja jedne faze nastao bi puni kratki spoj te faze. Nulul-vod jako poskupljuje cijelu mrež mrežu.

Prazni hod

1U

1V

1W

I 1A

I 1B

2V

2W

Sluč lučaj optereć opterećenja samo jedne faz faze sekundara dodatna struja optereć opterećene primarne faze mora prolaziti i kroz ostale dvije neoptereć neopterećene faze. Struje u neoptereć neopterećenim faz fazama nisu potrebne radi svojih sekundarnih struja jer ih nema. nema.

TRANSFORMATOR U POGONU Nesimetrija u trofaznom transformatoru

Optereć Opterećenje faze C

I 1C

I2 I2 2U

I 0A + I 0B + I 0C = 0

Spoj nije pogodan za nesimetrič nesimetrična optereć opterećenja enja.

2

ZT

I 1A = I 0A − I 1A t I 1B = I 0B − I 1B t I 1C = I 0C + I 1C t dodatna struja tereta ukupna struja struja praznog hoda optereć ć ene faze optere optereć opterećene faze

I 1Ct = I 1At + I 1Bt Jednofazno optereć opterećenje trofaznog transformatora u spoju Yy bez nulvoda na primarnoj strani nul

I 1A = I 0A − I 1A t I 1B = I 0B − I 1B t I 1C = I 0C + I 1C t

I 1Ct = I 1At + I 1Bt

Struje u neoptereć neopterećenim fazama djeluju kao struje magnetiziranja. Poremeti se simetrija induciranih napona. Zato spoj Yy bez nulnul-voda nije pogodan za nesimetrič nesimetrična optereć opterećenja.

Struja tereta I1Ct u fazi C primara zatvara se kroz ostale dvije faze.

60


1U

IA

IB

1V

1W


IC


Spoj Dy Spoj je pogodan za nesimetrič nesimetrična optereć opterećenja – često se koristi.

I 0A

I 1C

I 0B

Linijske struje

I B = I 0B − I 1C I2 I2 2U

2V

2W

Ne prolazi kroz ostale dvije neoptereć neopterećene faze. faze.

I C = I 1C − I 0A

2 Jednofazno optereć opterećenje trofaznog transformatora u spoju Dy

ZT



1V

1U

Spoj Yz

I 1A

Spoj dozvoljava jednofazno optereć opterećenje. Struja na sekundarnoj strani prolazi kroz dva polusvitka koji su smješ smješteni na dva stupa. stupa.


1W

I 1B

I 1C

Fazne (linijske) struje

I 1C = I 0C + I 1C t I 1A = I 0A − I 1C t

I2

Dodatna struja na primarnoj strani mož može se dovesti iz izvora jednim vodom, vodom, a odvesti drugim. drugim. Dodatna struja prolazi prolazi kroz namote onih dviju faza koje su na istim stupovima kao i polusvici optereć opterećene sekundarne faze. Na taj nač način protjecanje dodatne struje primara poniš poništi djelovanje protjecanja sekundarne struje. struje.

I 1C = I 0C + I 1C t

I A = I 0A − I 0B

Jednofazno sekundarno optereć opterećenje se prenosi na odgovarajuć odgovarajuću fazu primara. Dodatna struja mož može teć teći iz iz izvora u tu fazu i vratiti se natrag u izvor.

Struja u fazi C

I 1B = I 0B I2 I2

2U

2V

Struja tereta I1Ct u fazi C primara zatvara se kroz fazu A.

2W 2

Jednofazno optereć opterećenje trofaznog transformatora u spoju Yz

ZT


TRANSFORMATOR U POGONU Kratki spoj

Kratki spoj transformatora - stezaljke sekundara sekundara kratko spojene spojene..

Kratki spoj

Pokus kratkog spoja: primar nije priključ priključen na napon, stezaljke se kratko spoje i podiž podiže se napon primara dok ne poteč poteče nazivna struja.

Napon kratkog spoja - onaj napon uz koji je struja transformatora jednaka nazivnoj struji. struji.

61


Uz nazivni napon na primarnoj strani - struja kratkog spoja puno već veća od nazivne. nazivne. Trajna struja kratkog spoja - kratki kratki spoj uz nazivne nazivne vrijednosti napona napona U1n i struje In:

Ik =

U1n 100 In = In Uk uk

jXσ1

U1

I1=Ik R1

jXσ2'

I0 I0r RFe


R2'

Prazni hod - kratki spoj

Iµ E1 jXm

U2'

jXσ1 I2'=Ik jXσ2'

U1

Kratki spoj u pogonu – mož može nastati pod bilo kojim optereć opterećenjem ili u praznom hodu.

Nadomjesna shema transformatora u praznom praznom hodu hodu

R2' U2'=0V

E1

Nadomjesna shema transformatora u kratkom spoju

Udarni kratki spoj - transformatoru ransformatoru u praznom hodu se trenutno kratko spoje sekundarne stezaljke. stezaljke.



Kratki spoj

Kratki spoj

Struja i fazni pomak u kratkom impedancijom kratkog spoja Zk:

Transformator u praznom hodu trenutno se kratko spoje sekundarne stezaljke. stezaljke. Struja ne mož može u istom času narasti na vrijednost koja odgovara tom trenutku. trenutku. Iznimno Iznimno - kratki spoj u trenutku kad je trenutna vrijednost struje kratkog spoja jednaka nuli. nuli.

u1 = 2 U1 sin (ωt + α )

Trajna struja kratkog spoja: spoja:

i k = 2 I k sin (ωt + α − ϕ k )

TRANSFORMATOR U POGONU u1 Kratki spoj

u α i ik

U1 = Zk

U1 2

Rk + X k

- određ određeni

ϕ k = arc tg

2

Xk Rk

kut prethođenja napona poč početku kratkog spoja

α = ϕk

Transformator iz praznog hoda bez prijelazne pojave prijeđe prijeđe u stanje kratkog spoja.


U svim ostalim sluč slučajevima - prijelazna prijelazna pojava pojava.

ωt

0

Ik =

spoju

Kratki spoj mož može nastati nastati u trenutku kad je:

Narinuti napon – trenutna vrijednost: vrijednost:

ϕk prazni hod

I1=I0 R1

Trenutna promjena struje na neku vrijednost je nemoguć nemoguća. Inducirao bi se beskonač beskonačni napon koji se toj promjeni protivi.

kratki spoj

Vremenska ovisnost napona i struje za sluč slučaj kratkog spoja u trenutku u kojem je α = ϕ k

Kratki spoj je nastao u trenutku kad je struja jednaka nuli – nema prijelazne pojave. pojave.

Diferencijalna jednadž jednadžba za prijelaz transformatora iz praznog hoda u kratki spoj: spoj:

u1 − R k i 1 + L k

d i1 dt

=0

62


Početni etni trenuta trenutak - struja i1 jednaka struji praznog hoda. hoda.

t =0 s

i1 = i k

Tijekom prijelazne pojave - struja i1 naraste od nule do ik : trajna struja kratkog spoja prijelazna struja kratkog spoja

α

i1 = i k + i k' = 0 i1 = i k

⇒

i k ' = − ik

⇒

i k' = 0

R − kt  i1 = 2 I k sin (ωt + α − ϕ k ) − sin (α − ϕ k ) e Lk   

Trajna struja kratkog spoja

i k = 2 I k sin (ωt + α − ϕ k ) Prijelazna struja kratkog spoja

i1 = i k + i k'

u i

t =0 Krajnji uvjet

Rješ ješenje diferencijalne jednadž jednadžbe

i 1 =0 A

Nakon prijelazne pojave: pojave: t = ∞ s

Kratki spoj

Početni uvjet

t =∞

Struja praznog hoda se mož može zanemariti. zanemariti. Prije prijelazne pojave: pojave:


i k ' = − 2 I k sin (α − ϕ k ) e

TRANSFORMATOR U POGONU u1

i1

Kratki spoj

Množ Množenje i dijeljenje eksponenta s ω daje: R − k ωt   i1 = 2 I k sin (ωt + α − ϕ k ) − sin (α − ϕ k ) e X k   

ik '

U jednom trenutku je struja i1 maksimalna.

ωt

0

To je udarna struja kratkog spoja. Struja ik’ – eksponencijalna funkcija.

ik

ϕk

Rk t Lk


Udarna struja kratkog spoja

Kratki spoj

−

Opada s vremenskom konstantom Tk. Vremenska konstanta: konstanta:

Vremenska ovisnost napona i struje za sluč slučaj da je kratki spoj nastao iz praznog hoda


Tk =

Lk X = k Rk ωRk


Transformator od 100 kVA: kVA: vremenska konstanta Tk=0,005s, trajna struja kratkog spoja Ik = 23I 23In udarna struja kratkog spoja Iku = 39I 39In.

Transformator od 30000 kVA: kVA: vremenska konstanta Tk=0,058s, trajna struja kratkog spoja Ik = 10I 10In udarna struja kratkog spoja Iku = 27I 27In.

Struja ukapčanja

Vremenska pojava isč isčezne nakon približ približno 3Tk. Vrijeme je kratko - ne mož može se razviti toplina opasna za transformator, transformator, iako su udarne struje velike. velike. Velike struje mogu uzrokovati velika meh mehanič anička naprezanja i time ugroziti radnu sposobnost transformatora. transformatora.

63



Struja ukapč ukapčanja


Transformator bez tereta (u praznom hodu) hodu) priključ priključimo na napon u1:

Napon mož može biti narinut u trenutku kad je:

u1 = 2 U1 sin (ωt + α )

kut prethođenja napona poč početku praznog hoda

Poteč Poteče struja praznog hoda struja i0 .

Nema prijelazne pojave jer je u tom trenutku struja io jednaka nuli. nuli.

Pretpostavka: retpostavka: nema gubitaka - RFe beskonač beskonačan. Trenutna vrijednost struje praznog hoda: hoda:

i0 =

2 U1 R1 + ( X σ1 + X m ) 2 2

Fazni pomak struje prema naponu: naponu:

sin (ωt + α − ϕ 0 )

ϕ 0 = arc tg

X σ1 + X m R1

Priključ Priključak napona u bilo kojem drugom trenutku će uzrokovati prijelaznu pojavu. pojavu. Diferencijalna jednadž jednadžba za ukopč ukopčanje transformatora u d i0 praznom praznom hodu: hodu:

u 1 − R1i 0 + L1


Rješ Rješenje diferencijalne jednadž jednadžbe: R1  − ωt  i1 = 2 I 0 sin (ωt + α − ϕ 0 ) − sin (α − ϕ 0 ) e X σ1 + X m    Efektivna vrijednost struje U1 I0 = praznog hoda Io: 2 R1 + ( X σ1 + X m ) 2

Vremenska konstanta Tu kod Vremenska konstanta Tk za ukapč kratki spoj: ukapčanja u praznom hodu: hodu:

L X + Xm Tu = 1 = σ1 R1 ωR1

L X Tk = k = k Rk ωRk


dt

=0



α = ϕ0


L X + Xm Tu = 1 = σ1 R1 ωR1

L X Tk = k = k Rk ωRk

Razlika prema prijelaznoj prijelaznoj pojavi kratkog spoja je u vremenskoj konstanti. konstanti. Vremenska konstanta ukapč ukapčanja u praznom hodu - puno već veća od vremenske konstante za kratki spoj. Veća impedancija u praz praznom hodu - udarna struja manja nego u kratkom spoju. Utjecaj zasić zasićenja enja u željezu: eljezu: poveć povećava struju i smanjuje vremensku konstantu ukapč ukapčanja.

TRANSFORMATOR U POGONU Prenaponi

Transformatori u pogonu - izlož izloženi udarnim prenaponima. Udarni prenaponi mogu nastati od: atmosferskih praž pražnjenja njenja i iskapč iskapčanja troš trošila u mrež mreži na koju je transformator priključ priključen.

Prenaponi

Valovi prenapona putuju od mjesta iz izvora na sve strane. Udaraju svojim strmim čelom na namot transformatora. transformatora. Izolacija transformatora mora izdrž izdržati udar prenapona prenapona bez ošteć tećenja. enja. Izolaciona sposobnost transformatora protiv udarnih prenapona - ispituje se udarnim valovima standardnog oblika. oblika.

64

U



Prenaponi

Prenaponi

Trajanje čela vala: vala: T1 = 1.10-6 s i

0.9Um

Trajanje hrpta vala: vala: T2 =50.10-6 s.

0.5 Um

0.3 Um

0

Udarni napon se raspodijeli po duljini namota do nulnultoč točke. ke. Raspodjela napona ovisi o induktivitetu i kapacitetu namota.

Um

Induktivitet namota – serijski spoj induktiviteta svitaka L.

T1

t

T2

Kapacitet namota se dijeli na:

Standardizirani oblik udarnog vala

kapacitete između između pojedinih svitaka K i

Visina isina napona vala Um određ određena ena je nivoom izolacije dalekovoda, dalekovoda, rasklopnih postrojenja itd. itd.

kapacitete C izmeđ između svitaka i zemlje. zemlje.

TRANSFORMATOR U POGONU induktivitet svitka


Prenaponi

L

L

L

L

Prenaponi

L Udarni napon sadrž sadrži:

K

K

K

K

čelo – strmi dio vala,

K

hrbat – polož položeniji dio vala.

kapacitet među svicima

C

C

C

C

C

C

Pri nailasku udarnog udarnog napona napona na namot transformatora: transformatora: čelo vala se najprije reflektira i time povisuje svoju tjemenu vrijednost vrijednost na skoro dvostruki iz iznos (razlog: puno već veći valni otpor namota u odnosu na valni otpor voda),

kapacitet svitka prema zemlji

istovremeno - reflektirani prenapon potjera preko kapaciteta namota struju.

Nadomjesna shema raspodjele induktiviteta svitaka namota, namota, kapaciteta međ među svicima i kapaciteta svitaka prema zemlji


Ep/U

C α=l K

Prvi (strmi) strmi) udar prenapona sadrž sadrži komponente vrlo visoke frekvencije. frekvencije.

duljina namota a)

Induktivni otpori svitaka (ωL) su veliki - struja kroz svitke se mož može zanemariti. zanemariti. Poč Početna raspodjela napona Ep uzduž uzduž namota prema zemlji ovisi o: ovisi ovisi o omjeru kapaciteta svitaka C i K,

Ep/U

b)

x  sh α 1 −  l  = U sh α

Ep

x  ch α 1 −  l  = U ch α

Ep

Poč Početna raspodjela napona Ep/U kod udarnog napona pravokutnog oblika amplitude U

izoliranosti nulnul-toč točke. ke.

Naprezanje izolacije međ među zavojima naponskom gradijentu d(Ep/U)/dx.


Prenaponi

proporcionalno

a) nulnul-toč točka namota uzemljena b) nulnul-toč točka namota izolirana

65



Prenaponi

Prenaponi

Naponski aponski gradijent d(Ep/U)/dx - najveć najveći na ulaznim zavojima namota. namota.

Nakon probijanja čela vala u namot prodire hrbat vala. Hrbat vala - sadrž sadrži harmonike niž nižih frekvencija.

Treba ostvariti što manji α:

Dolazi do izraž izražaja induktivitet namota. namota. što već veći kapacitet među među zavojima i svicima K, a

Induktivni otpor hrptu vala je mnogo mnogo manji, manji, nego čelu vala zbog niž nižih frekvencija. frekvencija.

što manji kapacitet namota prema zemlji C.

Ulaz Ulazni zavoji - jač jače iz izolirani.

E [%]

Dolazi do titrajnih struja i njihanja napona - u pojedinim toč točkama izmeđ zmeđu kapaciteta i induktiviteta namota. namota.


α = 10l

E [%]

TRANSFORMATOR U POGONU α = 10l

Prenaponi

U = 100%

U = 100% astupaju veliki gradijenti napona na svim mjestima namota. namota.

Raspodjela prenapona prenapona E [%] prema zemlji uzduž uzduž namota kod pravokutnog udarnog napona U kad je nulnul-toč točka namota uzemljena

astupaju veliki gradijenti napona na svim mjestima namota. namota. Kod izolirane nulnul-toč točke udarni napon mož može postić postići i trostruku vrijednost. vrijednost. Raspodjela prenapona prenapona E [%] prema zemlji uzduž uzduž namota kod pravokutnog udarnog napona U kad je nulnul-toč točka namota izolirana


Zaš a od prenapona: Zaštita namot namota prenapona: odgovaraju ćim poveć odgovarajuć povećanjem iz izolacije među među zavojima, zavojima, oblikovanjem namota koje snizuje omjer C/K., primjenom posebno oblikovanih štitova. titova.

Posebni štitovi titovi čine kapacitet svih svitaka prema zemlji simetrič simetričnim. nim.

POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA

Time se postiž postiže da se popreč poprečne kapacitivne struje ne miješ miješaju s uzduž uzdužnim kapacitivnim strujama. strujama.

66

POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA


Najvaž Najvažnije posebne vrste transformatora su: štedni transformator (autotransformator), autotransformator),

Autotransformator

regulacioni transformator, transformator, transformator za zavarivanje, zavarivanje, mjerni transformatori: transformatori: naponski mjerni transformator i strujni mjerni transformator. transformator.



Autotransformator

Štedni transformator - autotransformator ima jedan zajednič zajednički i jedan serijski namot: namot:

Autotransformator Broj zavoja zajednič zajedničkog namota Broj zavoja serijskog namota

1 = z + s 2 = z

zajednič zajednički namot priključ priključuje se na mrež mrežu niž nižeg napona, napona,

serijski spoj zajednič zajedničkog i serijskog serijskog namota priključ priključuje se na mrež mrežu viš višeg napona. napona.

Može se dobiti poveć povećani ili sniž sniženi sekundarni napon - ovisi o spoju. spoju. Sekundarni napon - proporcionalan omjeru broja zavoja sekundara i primara: primara:

E2 =

2

1

E1

Autotransformator

Zajednič Zajedničkim namotom teč teče razlika sekundarne i primarne struje. Jednakost protjecanja

s

I1 s = ( I 2 − I1 ) z I1 ( 1 − 2 ) = ( I 2 − I1 ) 2

I2

E1

azivna snaga – prolazna snaga

I 2 − I1

I1

z

E2

I2

Omjer napona

serijski namot zajednič zajednički namot

s

E1 1 = E2 2

1 = z 2 = z + s s

E1

E2 z

spoj za smanjenje napona

E2

E1

z

spoj za poveć povećanje napona

Štedni transformator


I1

z s

Pp = E1 I1 = E 2 I 2

POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA Autotransformator azivna snaga – prolazna snaga

Pp = E1 I1 = E 2 I 2 Snaga se prenosi magnetskim putem i vodljivim spojem izmeđ između namota. namota. Nazivna snaga autotransformatora se naziva i prolazna snaga. snaga. Tipska snaga autotransformatora autotransformatora - snaga koju mož može prenositi obič običan dvonamotni transformator jednakih dimenzija. dimenzija.

Struje i snaga štednog tednog transformatora transformatora

67



Autotransformator

I1

I1 s

I1

E1

I 2 − I1 I1

Pt I 2 − I1

E2

z

I 2 − I1

E2

z

I2 ekvivalentni dvonamotni transformator

štedni transformator

Pp

s

E1 − E 2

I2

E1 I2 = E1 − E 2 I 2 − I1

Prolazna snaga u odnosu na tipsku - to već veća, što je manja razlika između između primarnog i sekundarnog napona. napona.

Ne smije se koristiti kao zaš zaštitni transformator kojim se treba sniziti napon mrež mreže na napon neopasan za čovjeka. ovjeka.

Tipska snaga

Pt = ( E1 − E 2 )I1 = ( I 2 − I1 )E 2

Pp = E1 I1 = E 2 I 2

=

Nedostatak autotransformatora - vodljiva veza izmeđ između primarne i sekundarne strane. strane.

I 2 − I1

Transformator u štednoj i normalnoj iz izvedbi azivna snaga – prolazna snaga

Autotransformator Omjer prolazne i tipske snage


U sluč slučaju prekida u nulnul-vodu cijela mrež mreža niskog sekundarnog napona bi doš došla na puni napon primarne mrež mreže.

POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA Regulacioni transformator

Regulacioni transformator – ima regulacione otcjepe za promjenu napona. Regulacija egulacija napona je u granicama od ±10% do ±20%. 0%.

Regulacioni transformator

Mijenjanje prijenosnog omjera - prespajanjem regulacionih otcjepa. Moguć Moguće za vrijeme pogona (pod naponom). Prespajanje pod optereć opterećenjem: enjem: ne smije se niti prekinuti strujni krug, krug, niti kratko spojiti dva otcjepa, otcjepa, prvo se spoje oba otcjepa preko otpora, otpora, pa se tek nakon toga prvi otcjep isključ isključi.



Regulacioni transformator – ima uređaj za prespajanje. prespajanje. Uređ Uređaj za prespajanje: prespajanje:

I

I

I1

I2

I

I

birač birač koji se prebacuje na željeni otcjep kad ne vodi struju i učinska sklopka kojom se prebacuje kontakt.

Regulacija napona - u već većini sluč slučajeva se obavlja automatski.

I

I

I1 + I 2

I

I

Automatski uređaj za prespajanje: prespajanje: naponski naponski relej pokreć pokreće pogonski motor, pogonski motor pokreć pokreće birač birač i uč učinsku sklopku. sklopku.

Prespajanje otcjepa regulacionog transformatora upotrebom omskog otpora

Kod jako velikih struja - preklopni uređ uređaj jako skup. skup. Upotrebljava se regulacija s dodatnim transformatorom. transformatorom.

68


POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA Transformator za zavarivanje

Transformator za zavarivanje - radi na principu stvaranja visoke temperature zavarivanja. zavarivanja.

Transformator za zavarivanje

Visoku temperaturu stvara vrlo velika struja kod niskog napona. napona. Transformator za zavarivanje - sastoji se od dva dijela, dijela, ugrađ ugrađena u zajednič zajedničko kuć kućište: te: transformatora i priguš prigušnice.

Jakost struje zavarivanja - podeš podešava induktiviteta sekundarnog kruga: kruga:

se

promjenom

promjenom broja zavoja priguš prigušnice (grubo (grubo podeš podešavanje) avanje) i promjenom velič veličine zrač zračnog raspora priguš prigušnice (fino (fino podeš podešavanje). avanje).





Transformator ima jako padajuć padajuću vanjsku karakteristiku U=f(I U=f(I)):

U Un

s optereć opterećenjem napon jako pada, kod približ približno naz nazivne struje padne na nulu.

Padajuć Padajuća vanjska karakteristika se postiž postiže: promjenom rasipanja sekundarnom, sekundarnom,

I 0

Ik

pomicanjem

primarnog

svitka

prema

regulacijom zrač zračnog raspora i drugim mjerama. mjerama.

Transformator za zavarivanje ima: malu snagu, jako loš loš faktor snage (0,2(0,2-0,4) i

Vanjska karakteristika transformatora za zavarivanje


jako dobar stupanj djelovanja (0,9(0,9-0,98).

POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA Mjerni transformatori

Mjerni transformatori – koriste transformatori visokonaponskim postro postrojenjima. jenjima.

Mjerni transformatori

se

u

Pomoć Pomoću njih se mjerni instrumenti i releji uključ uključuju na sekudarnu, sekudarnu, niskonaponsku stranu. stranu. Postiž ostiže se odjeljivanje instrumenata i ostalih uređaja uređaja od visokog napona - zbog sigurnosti pogona i zaš zaštite osoblja. osoblja. Podjela - ovisno o vrsti mjerenja (naponska ili strujna): strujna): na naponske mjerne transformatore i na strujne mjerne transformatore. transformatore.

69




Naponski mjerni transformator

Naponski mjerni transformatori - za mjerenje visokih napona i priključ priključak aparata. aparata.


Priključ Priključuju se paralelno na troš trošilo. ilo. Sekundarni namot je napravljen za napon od 100 V - za priključ priključak instrumenata i mjerenje napona. Struja magnetiziranja transformatora. transformatora.

-

kao

kod

obič običnog

Magnetska indukcija - oko 1 T.




U1

ZT

Omjer napona mora biti što toč točniji omjeru broja zavoja - “pogreš pogreška omjera“ omjera“ što manja.

V

U


Fazni pomaci između između napona i struje na primaru i sekundaru mora biti jednak. u

Ako nisu isti, dobije dobije se pogreš pogrešan iz iznos snage, makar su napon i struja toč točni.

v V

Priključ Priključak naponskog mjernog transformatora

Mjerni transformatori moraju imati što manje manje “kutne kutne pogreš pogreške”.


POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA Naponski mjerni transformator

Primarni i sekundarni padovi napona u transformatoru moraju biti što manji - radi što već veće toč točnosti: nosti: radni i induktivni otpori primara i sekundara mali i struje moraju biti male.

Sekundarno optereć opterećenje ogranič ograničeno - nekoliko puta manje od naz nazivnog.

L1 L2 L3


U

U

V

V

T1

T2

u

v

u

v Z2

Z1

Troš Trošila Z1 i Z2 dobivaju iz transformatora T1 i T2 transformirane linijske napone. napone. Z3 dobiva fazorsku razliku tih napona, napona, a to je opet linijski napon. napon.

Naponski mjerni transformatori transformatori - jednofazni ili trofazni. trofazni. Mjerenje jerenje trofaznih napona - često se koriste dva jednofazna transformatora u VV-spoju. spoju.

Naponski mjerni transformatori u VV-spoju

Z3

70




Strujni mjerni transformator

Strujni mjerni transformator ima na primar narinutu struju koju troš trošilo uzima iz mrež mreže. Važno: no: “pogreš pogreška omjera” omjera” i “kutna pogreš pogreška” ka” moraju biti što manje. manje. Struja optereć opterećenja - puno već veća u odnosu na struju magnetiziranja. magnetiziranja.


Na sekundar se smiju priključ priključiti samo mali otpori, otpori, čiji je maksimalni iznos određen. određen. Mala struja magnetiziranja – postiž postiže se:

upotrebom slabo magnetiziranih željeznih jezgri, jezgri, bez zrač zračnog raspora, raspora, s malim gubicima histereze i vrtlož vrtložnih struja. struja.

Magnetska indukcija - od 0,05 T do 0,3 T.

POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA Strujni mjerni transformator

U1


Primarna struja prilikama mrež mreže.

ZT K


L

- određ određena

pogonskim

Sekundarnim optereć opterećenjem se ne mož može utjecati na iznos primarne struje.

k

Ako je otpor otpor sekundarnog optereć opterećenja već veći od maksimalno dozvoljenog - sekundarna struja jako mala.

l

Protjecanje sekundarne struje - nedovoljno da poniš poništi djelovanje primarnog protjecanja. protjecanja.

A

Nepovoljno: mala sekundarna struja - velika primarna struja koja djeluje kao struja magnetiziranja. magnetiziranja.

Priključ Priključak strujnog mjernog transformatora

POSEBNE VRSTE TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA Strujni mjerni transformator

Najgora Najgora situacija - neizmjerno velik otpor u sekundarnom krugu (prazni hod), bez struje u sekundarnom krugu. Čitava primarna struja magnetizira željeznu jezgru - uzrokuje poveć povećanje: anje:

indukcije, napona na stezaljkama, zasić zasićenja, gubitaka i zagrijavanja. agrijavanja.

Može doć doći do ošteć tećenja transformatora. Strujni transformator sekundarne stezaljke.

ne

smije

nikad

imati

KVAROVI I ZAŠTITA TRANSFORMATORA

otvorene

Mora biti ili kratko spojen ili optereć opterećen malim otporom. otporom.

71

KVAROVI I ZAŠ ZAŠTITA TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA


Najveć Najveći broj transformatora je stalno u pogonu, često daleko od posluge i nadz nadzora. Važno je da transformator ima sigurnu zaš zaštitu koja će pravovremeno djelovati i zaš zaštititi ga. ga. Ispadanje transformatora iz pogona predstavlja nestanak električ električne energije za velik broj troš trošila. ila. Zadatak zaš zaštite: tite:

Moguć ogući kvarovi: kvarovi: dielektrič dielektrički (proboji izolacije), izolacije), električ električki (loš (loši kontakti na priključ priključcima ili regulacijskoj preklopki), preklopki), elektrodinamič elektrodinamički (sile kratkog spoja), spoja),

štiti transformator od vanjskih smetnji, prenapona, struja kratkog kratkog spoja i preoptereć preopterećenja, enja, štiti mrež mrežu od kvarova u samom transformatoru i prati rad transformatora da se na vrijeme signalizira pojava kvara, kvara, spriječ spriječi njegovo proš proširenje i šteta. teta.


termič termički (preveliko zagrijanje, zagrijanje, lokalna pregrijavanja, pregrijavanja, termič termičko starenje izolacije) izolacije) i mehanič mehanički (vibracije, vibracije, curenje, curenje, regulacijske preklopke). preklopke).

pogreš pogrešno

djelovanje

KVAROVI I ZAŠ ZAŠTITA TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA Proboji roboji - treba razlikovati: razlikovati: proboj od prenapona i

Dielektrič Dielektrični kvarovi - međ među najtež najtežima: ima:

proboj od udarnih valova već većih snaga. snaga.

proboj namota prema tijelu (masi) masi) transformatora, transformatora, proboj izmeđ između namota, namota,

visokonaponskog

i

niskonaponskog

proboj između između faza, faza, spoj međ među zavojima iste faze i kratkospojeni krug u jezgri. jezgri.

Proboj od prenapona - obič obično nema snage da podrž podrži električ električni luk: odmah nestane, probijeno mjesto se zalije uljem i ostane dovoljno čvrsto za pogonski napon. napon.

Proboj od udarnih valova već većih snaga ili pogonskih prenapona - odmah razvije luk i topi bakar. bakar.



Spoj međ među zavojima - razlika razlika kod malog i kod velikog transformatora. transformatora.

Spoj međ među zavojima kod velikih transformatora - razvije se električ električni luk jer je napon međ među zavojima dovoljno velik. velik.

Spoj međ među zavojima kod malog transformatora - ne razvije se električ električni luk jer je napon međ među zavojima malen. malen.

Bakar se topi - kvar se širi velikom brzinom. brzinom.

Nastupi zagrijavanje kratkospojenog zavoja. zavoja.

Karakteristika Karakteristika kvara - izolacija izgori samo na mjestu gdje je nastao spoj međ među zavojima, zavojima, ali je bakar rastopljen. rastopljen.

Posljedica zagrijanja kratkospojenog zavoja: vodič vodič se sve viš više grije uslijed struje kratkog spoja, spoja,

Kratkospojeni krug u jezgri - stvaraju loš loše izolirani vijci i tlač tlačne ploč ploče kojima je stegnuta jezgra. jezgra.

izgori izolacija, izolacija, izmeđ između susjednih zavoja nastane kratki spoj. spoj.

U već većini sluč slučajeva dolazi do topljenja željeza što oš ošteti jezgru. jezgru.

Kvar se polako širi i traje nekoliko minuta. minuta. Prepoznavanje a - izgoreni repoznavanje kvar kvara izgoreni namot, namot, bez topljenja bakra. bakra.

Ošteć tećenu jez jezgru treba popraviti, a popravak je skup.

72



Podjela zaš zaštite tite - tri skupine: skupine: od vanjskih prenapona (odvodnici prenapona, prenapona, zaš zaštitna iskriš iskrišta), ta),

Buchholzova zaštita

od struja kratkog spoja i preoptereć preopterećenja (prekidač prekidači, osigurač nadstrujni releji, kontaktni termometar, osigurači, releji, termometar, termoslika) termoslika), od kvarova u transformatoru (Buchholzov relej, relej, diferencijjalna zaš zaštita, tita, oduš odušnik, nik, zaš zaštita mjerenjem napona kotla prema zemlji, zemlji, zaš zaštitni relej regulacijske preklopke). preklopke).

KVAROVI I ZAŠ ZAŠTITA TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA Buchholzova zaš zaštita

Buchholzov relej - najraš ajrašireniji uređ uređaj za dojavu kvara u transformatoru. transformatoru.

KVAROVI I ZAŠ ZAŠTITA TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA Buchholzova zaš zaštita

konzervator

Reagira na: na: sakupljanje plina, plina,

Buchholzov relej

nedostatak ulja i intenzivno strujanje plinova i ulja prema konzervatoru. konzervatoru.

Ugrađ Ugrađuje se u uljnu cijev između kotla i konzervatora konzervatora.

kotao

Shematski prikaz Buchholzovog releja

Relej se sastoji od: od: dehidrator

kuć kućišta, ta, dva živina kontakta u obliku plovka. plovka.

Priključ Priključak Buchholzovog releja



Buchholzova zaš zaštita

Buchholzova zaš zaštita

Sluč lučaj manjeg kvara: kvara: u transformatoru se razvija toplina na mjestu kvara,

Teži kvarovi kvarovi u transformatoru - plin se brzo i jako zagrije. zagrije.

dolazi do razvijanja plina, plina, mjehurić jehurići plina dolaze u Buchholzov relej i skupljaju se na

njegovom najviš najvišem mjestu, mjestu, nivo ulja u releju opada, opada, gornji gornji plovak (plovak 1) se spusti - zatvori signalni krug, krug,

Nastupi naglo strujanje ulja iz transformatora kroz Buchholzov relej. relej. Reagira donji plovak (plovak 2) - zatvori kontakt za iskapč iskapčanje sklopke. sklopke.

signalizira (obič (obično akustič akustički) ki) kvar u transformatoru. transformatoru.

73


KVAROVI I ZAŠ ZAŠTITA TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA Diferencijalna zaš zaštita

Diferencijalna zaš zaštita - kod velikih transformatora uz Buchholzov relej. relej.

Diferencijalna zaštita

Služ Služi za brzo djelovanje zaš zaštite u sluč slučaju velikih kvarova. kvarova. Uređaj za diferencijalnu zaš zaštitu - priključ priključen na strujne transformatore preko jednog mjernog transformatora s tri namota. namota. Zasniva se na djelovanju razlike struja iste faze na primarnoj i sekundarnoj strani. strani.



Diferencijalna zaš zaštita

Diferencijalna zaš zaštita

strujni transformatori

Normalni ormalni pogon - sekundarne transformatore su približ približno jednake. jednake.

struje

kroz

strujne

Ne teč teče nikakva struja kroz diferencijalni relej. relej. uređaj za diferencijalnu zaš zaštitu

mjerni transformator

Sluč Slučaj kvara - poremeti simetriju simetriju (npr. npr. kratki spoj međ među fazama) fazama). U namotu mjernog transformatora se inducira napon - djeluje na relej. relej. Zatvori se istosmjerni strujni krug - djeluje na isko iskopčanje sklopke na primarnoj i sekundarnoj strani. strani.

Diferencijalna zaš zaštita transformatora

KVAROVI I ZAŠ ZAŠTITA TRANSFORMATORA TRANSFORMATORA Diferencijalna zaš zaštita

Diferencijalni relej se ne udeš udešava suviš suviše osjetljivo da ne bi djelovao već već kod malih nesimetrija. Male nesimetrije nisu opasne po transformator. Diferencijalni relej - obič obično djeluje onda kada nesimetrija postane već veća od 30% nominalnog iznosa struje.

74

Transformatori-el.masini I Pogoni 334h50

Overview 3e4r5l

More details w3441

Related Documents 3m3m1z

Transformatori-el.masini I Pogoni 334h50

Elektromotorni Pogoni 5z5p2z

Elektromotorni Pogoni 5z5p2z

Elektromotorni Pogoni - Zbirka 1n22c

Formule Elektromotorni Pogoni 6k1p5q

Nieboskie Buenos: W Pogoni Za Tangiem 3w6x51