Električni transformatori, Šeme i konceptualne mape od Električne mašine

Preuzmite Električni transformatori i više Šeme i konceptualne mape u PDF od Električne mašine samo na Docsity!

ISPITIVANJE

TRANSFORMATORA

SADRŽAJ

1 ISPITIVANJE TRANSFORMATORA

Transformator je statički elektrotehnički aparat koji, pomoću elektromagnetne indukcije, pretvara jedan sistem naizmeničnih struja u jedan ili više sistema naizmeničnih struja iste učestanosti i obično različitih vrednosti struja i napona. Uloga transformatora u elektroenergetskom sistemu je veoma značajna jer on omogućuje ekonomičnu, pouzdanu i bezbednu proizvodnju, prenos i distribuciju električne energije pri najprikladnijim naponskim nivoima. Dakle, njegovom primenom se, uz veoma male gubitke energije, rešavaju problemi raznih naponskih nivoa i međusobne izolovanosti kola koje se nalaze na različitim naponskim nivoima. Ovde će, pre svega, biti reči o energetskim transformatorima (Slika 1-1).

Slika 1-1 Trofazni distributivni transformator a) uljni b) suvi U odnosu na električne mašine, transformator nema zazor i pokretne delove kao što je rotor, a zbog svoje uloge u elektroenergetskom sistemu građen je i za najviše napone. Iz ovih konstrukcionih i funkcionalnih razlika proizlaze i neke drugačije fizičke osobenosti - relativna struja praznog hoda je veoma mala, iznosi od nekoliko procenata do i ispod jednog procenta kod transformatora velikih snaga a u gubicima se ne javljaju gubici usled trenja i ventilacije. Zbog veće izloženosti prenaponima, transformatori se zahtevnije dielektrično ispituju.

1.1 Sprege trofaznih transformatora

Namotaji trofaznih transformatora sprežu se u:

• trougao (oznaka D ),
• zvezdu (oznaka Y ) i
• slomljenu zvezdu (cik-cak sprega), (oznaka z ).

Oznaka za spregu višeg napona je velikim slovom, a nižeg napona malim slovom.

Prema važećim standardima priključne stezaljke, odnosno provodni izolatori pojedinih faza i neutralnog voda označavaju se sa slovnim oznakama U, V,W,N (ranije A, B,C,N ).

Ispred slovne oznake za pojedinu fazu se stavljaju brojčane oznake za označavanje visine napona namotaja: broj "1" za visokonaponski namotaj (VN), "2" za niskonaponski namotaj (NN) kod dvonamotajnih transformatora, odnosno srednjenaponski namotaj (SN) kod tronamotajnih transformatora i "3" za NN namotaj kod tronamotajnih transformatora. Krajevi namotaja označavaju se brojnim oznakama "1" za početak i "2" za kraj (svršetak), i to posle slovne oznake, npr. 1 U 2 za svršetak VN namotaja prve faze. Uz krajeve potrebno je definisati i smer motanja namotaja oko stuba ("desni" ili "levi").

3U 3V 3W 1N 1U 1V 1W 2N 2U 2V 2W

a) b) c)

Slika 1-2 Primeri trofaznih namotaja:

NN namotaj spojen u trougao a) i slomljenu zvezdu c), i VN namotaj spojen u zvezdu b)

1.2 Ispitivanja tokom proizvodnje

Pre same proizvodnje vrše se ulazna proveravanja deklarisanih karakteristika i kvaliteta materijala (sirovina), poluproizvoda, delova i komponenti. Pažljivo se proveravaju provodnost i mehanička čvrstina bakra i aluminijuma od kojih su izrađeni provodnici u obliku žica, folija i profila, gubici feromagnetskih limova, dielektrične karakteristike izolacije i transformatorskog ulja itd.

Greške pri proizvodnji transformatora se najlakše, najefikasnije i najekonomičnije otklanjaju ako se svi elementi ispitaju pre dovršenog stanja.

Za vreme proizvodnje proverava se:

• ispravnost i dimenzije magnetskog kola (jezgra) (stegnutost, da li je negde došlo do kratkih spojeva među limovima, gubici u jezgru i lokalna zagrevanja pri indukciji 1 , 1 B n ),
• ispravnost (broja navojaka, izolacija) i dimenzije celog, kao i pojedinih delova namotaja,
• ispitivanje magnetnog kola sa namotima,
• kvalitet transformatorskog ulja (hemijske analize, viskoznost, dielektrična probojnost) i
• mehanička izvedba - zavari i nepropusnost suda (kotla), posude za ulje (konzervator).

1.2.2 Ispitivanje namotaja

U okviru ulazne kontrole materijala velika pažnja se poklanja kontroli dimenzija golih provodnika i izolacije, odnosno lakom izolovanih provodnika. Pre montaže na jezgro kontrolišu se dimenzije namota, jer od njih zavise uspešna montaža i učvršćenje namota.

Broj navoja namota se kontroliše tako što se na isti stub pobuđen naizmeničnim magnetnim fluksom stave, obično u pritiv-spoj, dva namota, ispitni i referentni, kojem poznajemo broj navojaka. Naponi na oba namotaja se odnose kao brojevi navojaka. Voltmetrom se, dakle, meri se razlika napona, a ako kalemovi imaju isti broj navojaka tada koristimo posebne osetljive nul-instrumente za razliku napona. Ovakva kontrola broja navojaka omogućuje i otkrivanje kratkog spoja među navojaka, a istovremeno se vrši i kontrola oznaka krajeva namota, jer nam u slučaju greške nul-instrument daje podatak o zbiru, a ne razlici napona.

Radi pojašnjenja ovde bi dobro došla jedna slika….spoj dva namota i instrument

1.2.3 Ispitivanje magnetnog kola sa namotajima

Pre spuštanja aktivnog dela (magnetnog kola sa namotajima) u sud uljnih ili impregnacije suvih transformatora vrše se sledeća komadna ispitivanja:

• orijentaciono se meri otpor izolacije namotaja,
• meri se otpor namotaja u hladnom stanju,
• proverava se pravilna povezanost paralelnih grana,
• ispravnost oznaka na krajevima namotaja,
• odnos preobražaja (transformacije) i
• grupa sprege.

Radi poređenja sa rezultatima dobijenim na gotovom transformatoru, a povezano sa analizom dopunskih gubitaka, sprovodi se i ogled kratkog spoja aktivnog dela bez suda. Ogled treba brzo izvesti jer se transformator sporo hladi bez ulja (oko 20 min).

Takođe se sprovodi i ogled dovedenim naponom, sa 50% naznačene vrednosti.

Konačno, pre nego što se aktivni deo stavi u sud kontroliše se i njegova mehanička učvršćenost.

1.2.4 Ispitivanje izolacionog ulja

Probojna čvrstoća novog ulja treba da bude veća od 220 kV/cm, dok je u pogonu to bar

80kV/cm. Ona se meri u aparatu s elektrodama u obliku polulopte razmaknutim 2 , 5 mm.

Kontrola probojne čvrstoće se vrši svake 2-3 godine. Vlažnost u ulju se otkriva pri

temperaturi od 150 o^ C kada počne pucketanje, pa u slučaju niske probojne čvrstoće ulje

treba osušiti, a ne uzeti odmah u obzir da je ulje loše.Pored svega novo ulje treba iskontrolisati i odrediti mu

• specifičnu masu (oko 0,9 na 20 o^ C),
• nivo zapaljenja treba da bude iznad 145 o^ C;
• viskozitet, kiselinski broj, broj osapunjenja, sadržaj pepela itd.

Da bi potpuno bili sigurni da je ulje ispravno vršimo postupak veštačkog starenja tako što se, pri 95 o^ C, bakar, kao katalizator, uranja i vadi iz ulja i tako unosi vazduh u

ulje. Za 48 časova izvrši se 72000 uranjanja nakon čega se ispituje starenje ulja.

1.3 Ispitivanja završenog transformatora

U ovom poglavlju biće reči o završnim, primopredajnim i nekim od ispitivanja transformatora tokom korišćenja.

1.3.1 Program ispitivanja

Nacionalnim i internacionalnim standardima su propisana komadna, tipska i specijalna primopredajna ispitivanja transformatora. Prema jugoslavenskom standardu (JUS) za energetske transformatore predviđena su sledeća ispitivanja:

1.3.1.1 Komadna ispitivanja

Komadna ispitivanja su:

1. merenje otpornosti namotaja,
2. merenje odnosa transformacije, kontrolu polariteta i simbola sprege,
3. merenje napona kratkog spoja, impedanse kratkog spoja i gubitaka pri opterećenju,
4. merenje gubitaka i struje praznog hoda,
5. dielektrična ispitivanja dovedenim (stranim) i indukovanim naponom i
6. ispitivanje regulacione sklopke, kada postoji;

1.3.1.2 Tipska ispitivanja

Tipska ispitivanja su:

1. Ispitivanje povišenja temperature i
2. Dielektrična ispitivanja udarnim naponom;

1.3.1.3 Specijalna ispitivanja

Specijalna ispitivanja su:

1. dielektrična ispitivanja odrezanim udarnim naponom,

1.4 Ispitivanje izolacionog ulja

Ispravnost izolacionog ulja se proverava ispitivanjem dielektrične čvrstoće uzoraka ulja iz transformatora. Kod ditributivnih transformatora vrši se jednom godišnje.

Uzimanje uzoraka izolacionog ulja se sprovodi tako što se putem posebne slavine ili čepa za tu svrhu (donji nivo) prvo ispusti oko 5 litara ulja, pa se nakon toga pod istim mlazom ulja ispere potpuno čista i suva boca od 1 litra. Nadalje se, bez upotrebe levka, cevi ili slično napuni uljem puna boca. Napunjena boca se dobro začepi čistim čepom. Na bocu se pričvrsti natpis sa podacima transformatora i datum vađenja Tako uzet uzorak izolacionog ulja se upućuje na ispitivanje. Ispitivanje dielektrične čvrstoće ulja se vrši specijalnim uređajem (prema važećim elektro- tehničkim propisima), a rezultati ispitivanja se unose u ispitni list. Dielektrična čvrstoća izolacionog ulja energetskih transformatora zadovoljava ukoliko vrednosti dobijene ispitivanjem nisu manje od vrednosti datih u tabeli 1-2.

Tabela 1-2 Minimalne vrednosti dielektrične čvrstoće ulja za distributivne transformatore

Stanje transformatora (^) Dielektična čvrstoća ulja ( kV/cm ) Nov, pre prvog stavljanja pod napon 220 Popravljen ili prepravljen, pre stavljanja pod napon

Nakon radioničkog održavanja 200 U eksploataciji 80

Izolaciono ulje, osušeno i pripremljeno za dolivanje energetskih transformatora zadovoljava, ukoliko električna probojna čvrstoća dobijena ispitivanjem pre nalivanja nije manja od 200 kV/cm.

1.5 Merenje otpora namotaja

Merenje otpora namota obično se vrši se primenom U − I metode, uz istovremeno merenje temperature okoline, odnosno ulja.

Prilikom vršenja ogleda posebna pažnja se mora obratiti uticaju velike induktivnosti namota, kao i međunduktivnosti usled eventualnih drugih namota koji se ne mogu otvoriti (npr. namota spojen u trougao). Da bi smanjili električnu vremensku konstantu, a prema tome i vreme trajanja ogleda, odnosno čekanja na očitavanje instrumenata, dodaje se odgovarajući predotpor.

1.6 Proveravanje prenosnog odnosa

Prenosni odnos (odnos transformacije), m , predstavlja odnos naznačenih (nominalnih) napona namota, izražen njihovim punim iznosima, bez skraćivanja razlomka, npr. m 12 (^) = U (^1) n U 2 n. Po definiciji je izlazni naznačeni napon je onaj napon, koji dobijamo na

priključcima neopterećenog transformatora, koji je na ulaznim priključcima priključen na naznačeni napon i frekvenciju. Prenosni odnos koji se dobija merenjem u praznom hodu je funkcija odnosa broja zavojaka m 12 ′^ = kN 1 N 2. Tolerancija, tj. dopušteno odstupanje

merene vrednosti od vrednosti navedene na natpisnoj pločici, iznosi ±( 1 10 )%

kratkospojnog napona izraženog u postocima, ali najviše 0,5%. Treba naglasiti da je vrlo važno da prenosni odnosi budu u ovim uskim granicama tolerancije, posebno zbog uslova paralelnog rada.. Tačnost merenja, kojim treba proveriti prenosni odnos mora biti još veća, ako želimo da budemo sigurni, da se prava vrednost prenosnog odnosa nalazi u granicama tolerancije. Naime, ako je tačnost merenja npr. 0,2%, a granice tolerancije su ± (^0) , 5 %,

onda izmereni prenosni odnos ne sme biti više od 0,3% iznad odnosno 0,3% (granice tolerancije postaju ± 0 , 3 %) ispod naznačene vrednosti, ako želimo da budemo sigurni da stvarna vrednost prenosnog odnosa, uprkos netačnosti merenja, nije van dopuštenih granica. Obično se teži tome da se merenje izvrši metodom kod koje je greška merenja u % bar 5 do 10 puta manja od tolerancija, jer se u tom slučaju može zanemariti greška merenja. Naime, ukoliko je tačnost merenja veća od 0,5%, ne možemo utvrditi ni za jedan slučaj, da li se prenosni odnos nalazi u granicama tolerancije.

1.6.1 Voltmetarska metoda

Najjednostavnije se prenosni odnos meri tako, da se s pomoću dva voltmetra očita istovremeno napon jednog, i odgovarajući napon drugog namota. Ako je tačnost prvog merenja određena najvećom greškom p 1 , a drugog p 2 (što obuhvata i grešku eventualno

upotrebljenog naponskog transformatora), stvarne vrednosti U ' i U "za razliku od merenih ' U (^) m i " U (^) m će biti:

U '^ = Um ' ⋅ ( 1 ± p 1 ) ∧ U "= Um "( 1 ± p 2 )

tako da je stvarna vrednost prenosnog odnosa transformatora u ovom slučaju:

"^ (^12 )

'

2

1 "

' "

' 1 1

p p U

U

p

p U

U

U

U

m

m m

m (^) ≅ ⋅ ± ± ±

Kada bi, dakle, merili instrumentima klase 0,1, koji bi pokazivali puna skretanja, uz upotrebu jednog mernog transformatora klase 0,1 onda bi tačnost merenja bila:

1 ± 0 , 002 ± 0 , 001 = 1 ± 0 , 003 ,tj. ± 0 , 3 %. Budući da se klasa tačnosti instrumenta odnosi na puno skretanje, kod delimičnog skretanja moguća greška se povećava u odnosu punog skretanja prema stvarnom očitanju. Ako se merenje vrši pri jako sniženom naponu, može nastati dodatna pogreška zbog pada

U

r R

Slika 1-4 Potenciometarska metoda za merenje prenosnog odnosa

Kada nađemo položaj u kojem je otklon voltmetra nula, onda je odnos napona VN namota i NN namota:

r

R

U

U

'

Preduslov je, da su namoti koje upoređujemoć, međusobno u fazi. Zbog pada napona o omskom otporu VN namota u kojem se ima struja praznog hoda, nastaje mali fazni pomeraj između priključenog napona i indukovanog napona, pa se na instrumentu ne može uvek postići nula, već samo minimalni otklon. Potenciometar je obično opremljen skalom, koja pokazuje odnos r R.

1.7 Proveravanje grupe sprezanja (sprežnog broja)

Kod trofaznih transformatora pored sprege, potrebno je znati i sprežni broj. Sprežni broj predstavlja fazni pomeraj sekundarnog napona, u odnosu na odgovarajući primarni napon. Sprežni broj je posledica različitih načina namotavanja namota na stubovima trans- formatora. Na osnovu faznog pomeraja (umnožak od 30°) možemo izvršiti podelu na četiri osnovne grupe sprezanja:

0 (4,8),

5 (9,1),

6 (10,2),

11 (3,7).

Merenje grupe sprezanja se vrši i pre i posle stavljanja aktivnog dela (jezgra sa namotima) u ulje (transformatorski sud), zbog mogućeg pogrešnog priključivanja izvoda.

Grupa sprege je naročito važna za paralelni rad transformatora, gde je neophodno da transformatori na sekundaru imaju napone koji su u fazi.

1.7.1 Proveravanje volmetarskom, grafičkom, metodom

Ova metoda se zaniva na grafičkom prikazivanju odgovarajućih napona izmerenih voltmetrom. Prethodno je potrebno, radi povezivanja trofaznih sistema primarnog i sekundarnog namota, kratko spojiti po jedan priključak ovih namota i tako ih dovesti na isti potencijal (ovde će se, radi jednostavnosti, koristiti stare oznake priključaka). Obično se kratko spajaju priključci A i a , ili, ako na sekundaru postoji izvedena neutralna tačka, prikljuljučci A i n. Prvo se nacrta trougao primarnih napona, a zatim se mere, i grafički, pomoću šestara, prikazuju naponi između priključaka primarnog i sekundarnog namota, i na taj način se nacrta trougao sekundarnih napona. Ugao između odgovarajućih napona ova dva trougla se deli sa 30° i tako dobijamo informaciju o sprežnom broju.

Na slici 1-5 su dati primeri sa i bez izvedene neutralne tačke grupe 9.

a b c

A B C

n a b c

A B C

B B

c

c

U UB-b B-b

UC-b UC-b aA C C

b A A

a

b n A

UA-b UA-b

Slika 1-5 Proveravanje grupe sprege 9 voltmetarskom metodom

Poseban slučaj predstavlja proveranje osnovnih grupa sprezanja 0, 5, 6, 11, jer tada nije potrebno crtati vektorske dijagrame (trouglove). Kod grupa 0 i 6, odgovarajući linijski naponi primara su u fazi odnosno protivfazi sa odgovarajućim linijskim naponima sekundara. Prilikom merenja dobićemo da je UB-b=UC-c, a UB-c=UC-b. Ako je razlika linijskih napona primara i sekundara jednaka UB-b=UC-c onda je reč o grupi 0, a ako je zbir linijskih napona jednak UB-c=UC-b onda je grupa 6. Kod grupa 5 i 11, dobićemo da je UB-

b=UC-c= UB-c. Ukoliko je napon UC-b manji od ova tri onda se radi o grupi 5, u suprotnom reč je o grupi 11. Proračun ovih napona na osnovu linijskih napona dat je na slici. Pri ovom razmatranju uzeto je da su stezaljke A i a na istom potencijalu i da nema izvedene neutralne tačke. Na slici 1-16 su dati i primeri provere grupa 5 i 11 u sprezi sa izvedenom neutralnom tačkom.

naponom (više kV ) na jednoj strani, međutransformator se stavlja na strani gde je taj napon zbog lakšeg merenja i zaštite.

U slučaju da nemamo trofazni merni transformator možemo koristiti i jednofazni transformator, koji takođe ne unosi fazni pomeraj. Postupak je sledeći: prvo se pomoću mernog transformatora pretvori jedan linijski napon (npr. a-b) i izvrše odgovarajuća merenja (B-b, C-b). Zatim se merni transformator prebaci na drugi linijski napon (a-c) i opet izvrše merenja (B-c, C-c). U ovom slučaju merni transformator priključen na sekundarne priključke.

a b c

A B C

A B C

a b c

a b

c

A B C

A B

a b c

C

B

A

a b c

C

a

b

c

A B C

Slika 1-8 Načini spajanja mernog transformatora

1.8 Ekvivalentna šema transformatora

Ekvivalentna šema transformatora predstavlja pojednostavljeni model pomoću kojeg možemo, na posredan način, bez stvarnog opterećenja, da predvidimo ponašanje transformatora u raznim uslovima rada. Parametre ekvivalentne šeme određujemo na jednostavan način iz standardnih ispitivanja transformatora u ogledu praznog hoda i kratkog spoja. Svi veličine i parametri sekundara svedeni su na primar (preračunati sa

kvadratom odnosa broja navojaka na primar, tako da je npr. R 2 ′ =( N 1 N 2 ) 2 R 2.

I 1 R^1^ X^1^ σ R^2 ′ X^^2 ′σ I 0

Ip I m

R 0

U (^) 1 Z (^) 2 ′ X (^) 0

U ′ 2

I ′ 2

Slika 1-9 Ekvivalentna šema transformatora

Veličine i parametri ekvivalente šeme su:

I (^) 0 struja praznog hoda,

I (^) p aktivna komponenta struje praznog hoda,

I (^) m reaktivna komponenta struje praznog hoda (struja magnećenja),

R 0 ekvivalentna otpornost u praznom hodu (fiktivna otpornost pomoću koje uzimamo u

obzir gubitke u praznom hodu),

X (^) 0 reaktansa magnećenja,

R 1 i R 2 aktivna otpornost primarnog odnosno sekundarnog namotaja,

X (^) 1 σi X (^) 2 σrasipna reaktansa primarnog odnosno sekundarnog namotaja

Z (^) 2 impedansa prijemnika.

1.9 Ispitivanja u ogledu praznog hoda

Pod praznim hodom transformatora podrazumevamo stanje u kojem je jedan od namota priključen na napajanje, a krajevi drugog (drugih) namota su otvoreni. Transformator se ispituje u praznom hodu tek kada je potpuno završen.

U ogledu praznog hoda određuju se karakteristike struje praznog hoda, I (^) 0 , gubitaka

praznog hoda P 0 i sačinioca snage praznog hoda , cosϕ 0 , u zavisnosti od napona

napajanja, U (^) 0 , koji se kreće u granicama od 0,7 do 1,1 naznačenog napona, U (^) n.

I >

1U

1V 1W

2U 2V

2W

A 1

W 1

A 2

W 2

V 1 V 2

2U

2V 2W

1U 1V

1W

T 1

T 2

O 1

P 1

L 1

L 2

L 3

PE

Slika 1-10 Šema ispitivanja transformatora u ogledu praznog hoda

1.9.1 Merenje struje praznog hoda

Struja praznog hoda u transformatoru sastoji se od induktivne komponente (struje magnećenja), koja magneti jezgro i koja je dominanta, aktivne komponente koja je povezana sa gubicima u gvožđu i kapacitivne komponente koja je uočljiva samo kod visokonaponskih transformatora.

Kod ispitivanja trofaznih transformatora kod kojih, radi oblika magnetnog kola, u pojedinim fazama imamo različite struje praznog hoda, za struju praznog hoda uzimamo srednju aritmetičku vrednost pokazivanja tri ampermetra. Do razlika u pokazivanju struja u pojedinim fazama dolazi usled nejednakog magnetnog puta (otpora) u pojedinim fazama. Struja srednje faze je usled toga najmanja.

Relativna vrednost naznačene struje praznog hoda je oko 1-3%, a kod transformatora velikih snaga iznosi i manje od 1%.

1.9.2 Merenje gubitaka praznog hoda

U transformatoru se prilikom ogleda praznog hoda javljaju sledeći gubici:

1. usled magnećenja magnetnog kola (gubici u gvožđu),
2. Džulovi gubici u namotaju koji se napaja,
3. dielektrični gubici.

Džulovi gubici se, osim kod tranformatora malih snaga, mogu zanemariti, jer je struja

praznog hoda, a pogotovo njena druga potencija, koja je merodavna za gubitke, veoma mala.

Dielektrični gubici su u energetskom smislu zanemarivi, a interesantni su samo sa stanovišta ocene kvaliteta izolacije.

Gubici u gvožću su najznačajniji i oni su dominantni u ogledu praznog hoda. Izmerena snaga gubitaka praznog hoda stoga je približno je jednaka gubicima u gvožđu:

P 0 (^) ≅ P Fe.

Gubici magećenja se sastoje od gubitaka usled histereze i gubitaka usled vihornih (vrtložnih) struja. Gubitke zbog vrtložnih struja u jezgru možemo odrediti, ako od snage koju smo izmerili u praznom hodu oduzmemo snagu koju smo, pri potpuno istim okolnostima, izmerili pri ispitivanju jezgra.

Gubitke trofaznih transformatora u ogledu praznog hoda obično merimo sa dva vatmetra u Aronovoj sprezi, a ređe sa tri vatmetra. Kad god je moguće, izbegavamo upotrebu mernih naponskih ili strujnih transformatora koji unose dodatne greške u merenju. Iz ovog razloga, pri merenju koristimo posebne vatmetre sa predotporima koji su izrađeni za struje do 500 A i napon do 10 kV.

Obično je pogodnije ako merimo na niskonaponskoj strani transformatora a ako ne možemo meriti neposredno, tada koristimo naponske merne transformatore, pri čemu se mora poznavati njihova krivu merenja za celu skalu, njihovu grešku ugla kao i grešku koju unose voltmetar, ampermetar i vatmetar. Pošto je sačinilac snage, cos ϕ, u praznom hodu

mali, važna je ugaona greška. Ako nam nije poznata korekciona kriva vatmetra, onda