Dobieranie i Sprawdzanie Transformatorów

8/18/2019 Dobieranie i Sprawdzanie Transformatorów

1/46

„Projekt wspó łfinansowany ze ś rodków Europejskiego Funduszu Spo łecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJIi NAUKI

Eleonora Muszy ńska

Dobieranie i sprawdzanie transformatorów311[08].Z2.02

Poradnik dla ucznia

WydawcaInstytut Technologii Eksploatacji – Pa ństwowy Instytut BadawczyRadom 2005


2/46

„Projekt wspó łfinansowany ze ś rodków Europejskiego Funduszu Spo łecznego”1

Recenzenci:

mgr Jerzy Chici ńskimgr in ż. Maria Pierzcha ła

Opracowanie redakcyjne:mgr in ż. Katarzyna Ma ćkowska

Konsultacja:dr Bo żena Zaj ą c

Korekta:mgr in ż. Jaros ław Sitek

Poradnik stanowi obudow ę dydaktyczn ą programu jednostki modu łowej 311[08].Z2.02„Dobieranie i sprawdzanie transformatorów” zawartego w modu łowym programie nauczaniadla zawodu technik elektryk.

WydawcaInstytut Technologii Eksploatacji – Pa ństwowy Instytut Badawczy, Radom 2005


3/46


SPIS TRE ŚCI

1. Wprowadzenie 42. Wymagania wst ępne 53. Cele kszta łcenia 64. Materia ł nauczania 7 4.1. Analiza pracy transformatora: stan ja łowy, obci ążenia i zwarcia. Zwarcie

pomiarowe i zwarcie awaryjne transformatora 74.1.1. Materia ł nauczania4.1.2. Pytania sprawdzaj ą ce4.1.3. Ćwiczenia4.1.4. Sprawdzian post ę pów

789

12 4.2. Budowa transformatorów energetycznych. Uk łady i grupy po łącze ń

transformatorów trójfazowych 134.2.1. Materia ł nauczania4.2.2. Pytania sprawdzaj ą ce4.2.3. Ćwiczenia4.2.4. Sprawdzian post ę pów

13151617

4.3. Transformowanie napi ęć i pr ądów w uk ładzie trójfazowym.Obci ążenie niesymetryczne 184.3.1. Materia ł nauczania4.3.2. Pytania sprawdzaj ą ce4.3.3. Ćwiczenia4.3.4. Sprawdzian post ę pów

18191920

4.4. Praca równoleg ła transformatorów trójfazowych 21

4.4.1. Materia ł nauczania4.4.2. Pytania sprawdzaj ą ce4.4.3. Ćwiczenia4.4.4. Sprawdzian post ę pów

21222224

4.5. Regulacja napi ęcia w transformatorze 254.5.1. Materia ł nauczania4.5.2. Pytania sprawdzaj ą ce4.5.3. Ćwiczenia4.5.4. Sprawdzian post ę pów

25262627

4.6. Straty mocy i sprawno ść transformatora 284.6.1. Materia ł nauczania4.6.2. Pytania sprawdzaj ą ce4.6.3. Ćwiczenia4.6.4. Sprawdzian post ę pów

28

292930

4.7. Transformatory specjalne: transformator trójuzwojeniowy,autotransformator, przek ładnik pr ądowy i napi ęciowy, transformatorspawalniczy, transformator bezpiecze ństwa, sterowania i sygnalizacji 314.7.1. Materia ł nauczania4.7.2. Pytania sprawdzaj ą ce4.7.3. Ćwiczenia4.7.4. Sprawdzian post ę pów

31333335


4/46


4.8. Eksploatacja transformatorów. Najcz ęstsze uszkodzenia wyst ępuj ącew transformatorach 364.8.1. Materia ł nauczania4.8.2. Pytania sprawdzaj ą ce4.8.3. Ćwiczenia4.8.4. Sprawdzian post ę pów

363737

395. Sprawdzian osi ągni ęć 406. Literatura 45


5/46


1. WPROWADZENIE

Poradnik, który masz przed sob ą , bę dzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzyi kszta łtowaniu umiej ę tności z zakresu dobierania i sprawdzania transformatorów.

Wiadomo ści i umiej ę tności z tej dziedziny zosta ły okre ślone w jednostce modu łowej311[08].Z2.02 „Dobieranie i sprawdzanie transformatorów”. Jest to jednostka modu łowazawarta w module „Monta ż i eksploatacja maszyn i urz ą dzeń elektrycznych”.

Tak jak ka żda jednostka modu łowa, równie ż i ta ma ściśle okre ślone cele kszta łcenia,materia ł nauczania, ćwiczenia, wskazania metodyczne do realizacji programu.

Zgodnie z tymi zaleceniami w poni ższym poradniku zamieszczono:− wymagania wst ę pne,− szczegó łowe cele kszta łcenia,− materia ł nauczania,− pytania sprawdzaj ą ce,− propozycje ćwicze ń,− sprawdziany post ę pów,− przyk ładowy zestaw zada ń testowych dla sprawdzenia efektywno ści kszta łcenia.

Jednostka modu łowa „Dobieranie i sprawdzanie transformatorów” zosta ła podzielona na8 tematów. Ka żdy z nich zawiera materia ł nauczania, zestaw pyta ń sprawdzaj ą cych,

propozycje ćwicze ń, a tak że sprawdziany post ę pów. Przed przyst ą pieniem do realizacjićwicze ń odpowiedz na pytania sprawdzaj ą ce. Udzielone odpowiedzi pozwol ą ci sprawdzi ć,czy jeste ś dobrze przygotowany do realizacji ćwicze ń.

Tre ść programu jednostki modu łowej obejmuje wiadomo ści i umiej ę tności z zakresudobierania i sprawdzania transformatorów. Podczas procesu uczenia wykorzystaj wiadomo ścii umiej ę tności uzyskane w jednostce modu łowej 311[08].O3.01 oraz 311[08].O3.03.

Szczególn ą uwag ę nale ży zwró ć na:− kszta łtowanie umiej ę tności dobierania transformatora do okre ślonego zadania,− wykonywanie pomiarów podstawowych parametrów transformatora jednofazowego

i trójfazowego z zachowaniem zasad bhp,− korzystanie z informacji znajduj ą cych si ę na tabliczkach znamionowych transformatorów

i w katalogach.Po zako ńczeniu realizacji programu tej jednostki modu łowej nauczyciel sprawdzi Twoje

wiadomo ści i umiej ę tności za pomoc ą testu pisemnego. Aby ś mia ł mo żliwo ść dokonaniaewaluacji swoich dzia łań, rozwi ąż przyk ładowy test sumuj ą cy zamieszczony na ko ńcu

poni ższego poradnika.


6/46


2. WYMAGANIA WST ĘPNE Przyst ę puj ą c do realizacji programu jednostki modu łowej 311[08].Z2.02 „Dobieranie

i sprawdzanie transformatorów” powiniene ś umie ć:− rozró żniać podstawowe wielko ści elektryczne i ich jednostki,− stosowa ć ważniejsze wzory z zakresu elektrotechniki,− charakteryzowa ć zjawisko indukcji elektromagnetycznej,− charakteryzowa ć zjawiska elektromagnetyczne,− charakteryzowa ć procesy przesy łania i rozdzielania energii elektrycznej,− charakteryzowa ć procesy przetwarzania energii elektrycznej,− rozró żniać materia ły stosowane do budowy maszyn elektrycznych,− czyta ć proste schematy i na ich podstawie dokonywa ć analizy,− korzysta ć z literatury technicznej, podr ę czników, norm, katalogów, przepisów budowy

i eksploatacji urz ą dzeń elektroenergetycznych,− korzysta ć z technologii komputerowej i informacyjnej,−

pracowa ć w grupie i indywidualnie,− analizowa ć i wyci ą gać wnioski,− ocenia ć swoje umiej ę tności,− uczestniczy ć w dyskusji,− przygotowywa ć prezentacj ę ,− prezentowa ć siebie i grup ę , w której pracujesz,− stosowa ć różne sposoby przekazywania przygotowanych informacji,− przestrzega ć przepisów bhp, ochrony przeciwpo żarowej i ochrony środowiska.


7/46


3. CELE KSZTA ŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modu łowej powiniene ś umie ć:

− sklasyfikowa ć transformatory ze wzgl ę du na budow ę i zastosowanie,− odczyta ć i zinterpretowa ć parametry ró żnych rodzajów transformatorów jednofazowych

i trójfazowych umieszczone na tabliczkach znamionowych oraz w katalogach,− obliczy ć podstawowe parametry ró żnych rodzajów transformatorów wykorzystuj ą c

zależności mi ę dzy nimi,− dobra ć transformator do okre ślonego zadania,− zmierzy ć podstawowe parametry dowolnego transformatora jednofazowego i trójfazowego,− wyznaczy ć grup ę po łą czeń transformatora trójfazowego,− wyznaczy ć podstawowe charakterystyki transformatorów na podstawie pomiarów,− wyja śnić przyczyny powstawania strat mocy w transformatorach i okre ślić ich sprawno ść,− dokona ć pomiarów pr ą du, napi ę cia i mocy z wykorzystaniem przek ładników,− zlokalizowa ć proste usterki transformatorów jednofazowych i trójfazowych,−

zanalizowa ć prac ę równoleg łą transformatorów trójfazowych na podstawie wyników pomiarów,− opracowa ć wyniki pomiarów parametrów transformatorów jednofazowych i trójfazowych

z wykorzystaniem programów komputerowych,− skorzysta ć z literatury, katalogów i dokumentacji technicznej transformatorów,− zastosowa ć zasady bhp podczas pomiarów parametrów transformatorów.


8/46


4. MATERIA Ł NAUCZANIA

4.1. Analiza pracy transformatora: stan ja łowy, obci ążeniai zwarcia. Zwarcie pomiarowe i zwarcie awaryjnetransformatora

4.1.1. Materia ł nauczania

Transformatory to urz ą dzenia przeznaczone do przetwarzania energii elektrycznej pr ą du przemiennego, o okre ślonych warto ściach napi ę cia i pr ą du, na energi ę elektryczn ą równie ż pr ą du przemiennego, ale o innych (zwykle) warto ściach napi ę cia i pr ą du, przy niezmienionejczę stotliwo ści. Przetwarzanie to odbywa si ę za po średnictwem pola magnetycznego (rdzenia),zgodnie z zasad ą indukcji elektromagnetycznej.

Rys. 1. Zasada dzia łania transformatora [ źród ło w łasne]

N 1 – liczba zwojów uzwojenia pierwotnego, N 2 – liczba zwojów uzwojenia wtórnego,U 1 – napi ę cie pierwotne (zasilaj ą ce),U 2 – napi ę cie wtórne,Ф – strumie ń magnetyczny przenikaj ą cy przez rdze ń

E 1 = 4,44 ⋅ N 1⋅ f ⋅Фm – warto ść skuteczna si ły elektromotorycznej indukowanej w uzwojeniu pierwotnym,

E 2 = 4,44 ⋅ N 2⋅ f ⋅Фm – warto ść skuteczna si ły elektromotorycznej indukowanej w uzwojeniuwtórnym,

dtd

` ϕ −=e – napi ę cie zwojowe, warto ść chwilowa si ły elektromotorycznej zaindukowanej w

jednym zwoju transformatora, E ̀ = 4,44 ⋅ f ⋅Фm – warto ść skuteczna napi ę cia zwojowego,

2

1

z N

N n = – przek ładnia zwojowa.

Stan ja łowy transformatora jest to taki stan pracy, w którym uzwojenie pierwotne zasilone jest napi ę ciem przemiennym, a do uzwojenia wtórnego nie jest pod łą czony żaden odbiornik(zaciski strony wtórnej s ą rozwarte). W tym stanie pr ą d I 2 = 0, a napi ę cie wtórne U 20 = E 2.Pr ą d pierwotny transformatora I 1 jest niewielki (wynosi kilka % pr ą du znamionowego)i nazywa si ę pr ą dem ja łowym lub pr ą dem stanu ja łowego transformatora I 1 = I 0.

Przek ładnia transformatora n jest to stosunek napi ę cia górnego U g0 (wyższego) donapi ę cia dolnego U d0 (niższego) mierzonych na zaciskach transformatora w stanie ja łowym.

W transformatorze jednofazowym przek ładnia napi ę ciowa n jest w przybli żeniu równa przek ładni zwojowej:

d

g

d

g

0d

g0

N N

E E

U U n ≈≈=

~U 1 N 1 E 1 E 2 N 2 ~U 2 odbiornik

Φ I 1 I 2


9/46


Stan obci ążenia transformatora to taki stan pracy, w którym uzwojenie pierwotnezasilone jest napi ę ciem przemiennym, a do uzwojenia wtórnego pod łą czony jest odbiornik. Wtym stanie w obu uzwojeniach p łyną pr ą dy. Pr ą d strony wtórnej zale ży od napi ę cia nazaciskach tej strony oraz od parametrów obci ążenia, natomiast pr ą d strony pierwotnej I 1 takdopasowuje si ę do pr ą du obci ążenia, aby sumaryczny przep ływ magnesuj ą cy rdze ń:

Θµ(t) = N 1 · i1 – N 2 · i2 wywo łał strumie ń magnetyczny indukuj ą cy sem. e 1 zbli żoną do napi ę cia zasilania u 1.

W stanie obci ążenia transformatora s łuszna jest zale żność:

1

2

1

2

2

1

N N

U U

I I

≈≈

Stan zwarcia transformatora jest to taki stan pracy transformatora, w którym jednoz uzwoje ń jest zasilane, a zaciski wyj ściowe drugiego zwarte bezpo średnio lub przez bardzomałą impedancj ę . W tym stanie U 2 = 0.

Stan zwarcia wyst ę puje w praktyce jako stan awaryjny lub jako stan pomiarowyrealizowany w laboratorium, w celu okre ślenia parametrów zwarcia transformatora.

Awaryjny stan zwarcia, który zaistnieje przy zasilaniu transformatora napi ę ciemznamionowym, jest bardzo niebezpieczny ze wzgl ę du na dynamiczne i cieplne skutkidzia łania bardzo du żego pr ą du zwarciowego i w czasie eksploatacji nale ży tego stanu unika ć.

Ze wzgl ę du na bezpiecze ństwo prób ę zwarcia pomiarowego przeprowadza si ę przyobni żonym napi ę ciu zasilaj ą cym.

Warto ść napi ę cia zasilania, przy której w uzwojeniu strony zasilanej transformatora płynie pr ą d znamionowy I 1N, nazywa si ę napi ę ciem zwarcia transformatora U z.

Napi ę cie zwarcia podaje si ę na tabliczkach znamionowych transformatorów, jakowarto ść procentow ą napi ę cia znamionowego:

100%1N

Zz% ⋅= U

U u .

Impedancja zwarcia transformatora Z z jest stosunkiem zapi ę cia zasilania w stanie zwarciado pr ą du pobieranego przez uzwojenie zasilane.

N

zz I

U Z = , 2

N

zz

I

P R = , (dla U = U z),

P z – moc zwarcia – jest to moc pokrywaj ą ca praktycznie w ca łości straty w uzwojeniach.Znaj ą c rezystancj ę z R i impedancj ę zwarcia z Z wyznaczy ć można reaktancj ę zwarcia

z X :2

z

2

zz R Z X −= .Parametry Z z, Rz, X z odnosz ą się do tej strony transformatora, po której wykonywano

pomiary.

4.1.2. Pytania sprawdzaj ące

Odpowiadaj ą c na pytania, sprawdzisz, czy jeste ś przygotowany do wykonania ćwicze ń.1. Co to jest transformator?2. W jakich warunkach powstaje zjawisko indukcji elektromagnetycznej?3. Co to jest przek ładnia znamionowa transformatora?4. Jaki jest zwi ą zek przek ładni napi ę ciowej z przek ładni ą zwojow ą ?5. Jaki stan pracy nazywamy stanem ja łowym?6. Czym charakteryzuje si ę stan ja łowy?


10/46


7. Od czego zale ży si ła elektromotoryczna zaindukowana w uzwojeniach transformatora?8. Czym charakteryzuje si ę stan obci ążenia?9. Jaki jest zwi ą zek przek ładni pr ą dowej z przek ładni ą zwojow ą ?10. Dlaczego pr ą d stanu ja łowego jest mniejszy od pr ą du znamionowego transformatora

obci ążonego?11. Co to jest zmienno ść napi ę cia w transformatorze?12. Na czym polega zwarcie awaryjne transformatora?13. Co to jest zwarcie pomiarowe?14. Co nazywamy napi ę ciem zwarcia?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1Dany jest transformator sieciowy 230/24V o mocy znamionowej S N = 200VA

i procentowym napi ę ciu zwarcia uz% = 4%. Oblicz:− przek ładni ę znamionow ą transformatora,− znamionowy pr ą d pierwotny i wtórny,− napi ę cie bezpieczne dla tego transformatora (napi ę cie zwarcia w woltach),− liczb ę zwojów strony pierwotnej, je żeli liczba zwojów strony wtórnej wynosi 110 zw.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) poda ć wzory na przek ładni ę transformatora jednofazowego, moc znamionow ą , napi ę cie

zwarcia,2) wykorzystuj ą c zale żności mi ę dzy danymi parametrami wykona ć niezb ę dne obliczenia,3) zaprezentowa ć wyniki oblicze ń.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− kalkulator,− zeszyt do ćwicze ń, długopis.

Ćwiczenie 2 Na podstawie schematu przedstawionego na rys. 2 wykonaj prób ę stanu ja łowego

transformatora jednofazowego.

Rys. 2. Schemat po łą czeń do próby stanu ja łowego


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) zapozna ć się z danymi znamionowymi transformatora wskazanego przez nauczyciela,2) skompletowa ć aparatur ę niezb ę dną do wykonania ćwiczenia zwracaj ą c uwag ę na zakresy

pomiarowe mierników,3) po łą czyć uk ład wed ług za łą czonego schematu,

1.1 2.1

1.2 2.2

V1

W A

V2 ~U


11/46


1.1 2.1

1.2 2.2

A W

V~U

4) wykona ć pomiary dla kilku warto ści napi ęć w granicach napi ę cia znamionowego,5) wykona ć obliczenia nast ę pują cych parametrów:

− przek ładni ę 2N

1N

U U

n = ,

− straty w rdzeniu 10

2

0110FeΔ P I R P P ≈−= ,− wspó łczynnik mocy w stanie ja łowym,

01

100cos I U

P =ϕ ,

− sk ładow ą czynn ą I Fe pr ą du ja łowego I 01

10

1

FeFe U

P E P

I ≈= Δ

,

− sk ładow ą biern ą pr ą du ja łowego I 0 2Fe2

0I I I −=μ .

6) wyniki pomiarów i oblicze ń zapisa ć w tabeli:

Lp. U 1 U 20 n cos φ I Fe I µ Δ P Fe12

7) zastosowa ć zasady bhp podczas pomiarów,8) zaprezentowa ć wyniki swojej pracy.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− transformator jednofazowy wskazany przez nauczyciela,− autotransformator,− woltomierze i amperomierz,− watomierz,− przewody łą czeniowe.

Uwaga: Ćwiczenie nale ży wykona ć pracuj ą c w zespo łach dwuosobowych maj ą c czas 45 min.

Ćwiczenie 3Wykonaj prób ę zwarcia pomiarowego transformatora jednofazowego w oparciu

o schemat przedstawionego na rys. 3.

Rys. 3. Schemat po łą czeń do próby stanu zwarcia


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) zapozna ć się z danymi znamionowymi transformatora wskazanego przez nauczyciela,2) skompletowa ć aparatur ę niezb ę dną do wykonania ćwiczenia zwracaj ą c na zakresy

pomiarowe mierników,3) po łą czyć uk ład wed ług za łą czonego schematu,


12/46


13/46



Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) zapozna ć się z danymi znamionowymi transformatora,2) skompletowa ć aparatur ę pomiarow ą zwracaj ą c szczególn ą uwag ę na zakresy pomiarowe

mierników,3) po łą czyć uk ład pomiarowy wed ług za łą czonego schematu,4) rezystorem Robc nastawia ć warto ść pr ą du I 2 w zakresie (0,2....1) I 2N , przy czym I 2N oznacza

pr ą d znamionowy strony wtórnej,5) wskazania przyrz ą dów przy kolejnych warto ściach pr ą du I 2 zanotowa ć w tabeli,6) w czasie pomiarów utrzymywa ć sta łą warto ść napi ę cia pierwotnego, równ ą warto ści

znamionowej napi ę cia strony pierwotnej,7) na podstawie uzyskanych wyników wykre śl charakterystyki U 2 = f( I 2) i η = f( I 2),8) zachowa ć bezpiecze ństwo i porz ą dek na stanowisku pracy.

U 1N = ............V , U 2N = ..........V, I 2N = .........A I 2 U 2 P 1 P 2 η A V W W –

Wyposa żenie stanowiska pracy:− amperomierze do 1 A,− woltomierze,− watomierze,− opornik laboratoryjny – 1 sztuka,− transformator jednofazowy obni żają cy napi ę cie,− przewody łą czeniowe.

Uwaga: Ćwiczenie nale ży wykona ć pracuj ą c w zespo łach dwuosobowych maj ą c 40 minut nawykonanie zadania.

4.1.4. Sprawdzian post ępów

Czy potrafisz: Tak Nie1) odczyta ć parametry transformatorów umieszczone na tabliczkach

znamionowych?2) zinterpretowa ć parametry transformatorów umieszczone na

tabliczkach znamionowych?3) obliczy ć parametry ró żnych transformatorów wykorzystuj ą c

zale żności mi ę dzy nimi?4) zmierzy ć straty mocy w rdzeniu transformatora?5) zmierzy ć straty mocy w uzwojeniach transformatora?6) wyznaczy ć napi ę cie zwarcia w transformatorze?7) zmierzy ć rezystancje uzwoje ń i rezystancje izolacji

w transformatorze?8) wyznaczy ć podstawowe charakterystyki transformatora w stanie

jałowym, zwarcia i obci ążenia?


14/46


1B

U1B

1A1 1B1 1C1

1A2 1B2 1C2

1A 1B 1C 1A

U1A

U1B1B

U1C

1C

1A 1B 1C

1A1 1B1 1C1

1A2 1B2 1C2

U1A

1A

1CU1C

1A 1B 1C

1A1 1B1 1C1

1A2 1B2 1C2

1AU1A1B

U1C1A 1BU1B1C

1C

1A1 1B1 1C1

1A2 1B2 1C2

1A 1B 1C

1CU1B1C1B U1C1A

U1A1B1A

a) b)

c) d)

4.2. Budowa transformatorów energetycznych, uk ładyi grupy po łącze ń


Transformowanie napi ęć i pr ą dów trójfazowych realizowa ć można za po średnictwemtrzech transformatorów jednofazowych, tworz ą cych zespó ł trójfazowy lub te ż jednegotransformatora trójfazowego.

Transformatory energetyczne wykonywane s ą jako transformatory olejowe, to znaczy, żerdze ń oraz nawini ę te na jego kolumny (s łupy) uzwojenia umieszczone s ą wewn ą trz kadziwype łnionej olejem transformatorowym.

Zasad ę budowy typowego transformatora trójfazowego przedstawia rys. 5.

Rys. 5. Zasada budowy transformatora trójfazowego z rdzeniem niesymetrycznym [5]

Uzwojenia górnego i dolnego napi ę cia ka żdej z faz transformatora (GN i DN), montujesię na kolumnach rdzenia wspó łśrodkowo i s ą one odizolowane zarówno od siebie jak i odrdzenia. Najcz ęściej bli żej rdzenia umieszcza si ę uzwojenie dolnego napi ę cia transformatoratrójfazowego.

Uzwojenia trzech faz transformatora po stronie pierwotnej i wtórnej łą czy si ę w ró żneuk łady trójfazowe.

Po stronie pierwotnej transformatora trójfazowego, uzwojenia fazowe po łą czyć mo żna wgwiazd ę (Y) albo w trójk ą t (D).

Rys. 6. Sposoby łą czenia uzwoje ń po stronie pierwotnej [w oparciu o 1 i 5]a) i b) uzwojenia po łą czone w gwiazd ę , c) i d) uzwojenia po łą czone w trójk ą t

GN DN rdze ń


15/46


Po stronie wtórnej transformatora trójfazowego uzwojenia ka żdej fazy, po łą czyć możnaw gwiazd ę (y), w trójk ą t (d) oraz w zygzak (z).

Rys. 7. Przyk ładowy uk ład po łą czeń w zygzak i zasada rysowania wykresu wektorowego [w oparciu o 1 i 5]

Poniewa ż po stronie pierwotnej uzwojenia transformatora mo żna łą czyć w gwiazd ę (Y)lub w trójk ą t (D), a po stronie wtórnej w gwiazd ę (y), trójk ą t (d) lub zygzak (z), wi ę c bior ą c

pod uwag ę różne mo żliwe kombinacje, rozró żnia si ę nast ę pują ce uk łady po łą czeń transformatora trójfazowego: Yy, Yd, Dy, Dd, Yz, Dz.

Grupa po łą czeń transformatora trójfazowego obejmuje uk ład po łą czeń oraz przesuni ę ciegodzinowe.

Przesuni ę cie godzinowe okre śla k ą t przesuni ę cia mi ę dzy dwoma dowolnymi, aleodpowiednimi napi ę ciami, strony pierwotnej i wtórnej (licz ą c zgodnie z ruchem wskazówekzegara od górnego do dolnego napi ę cia). Przyjmuje si ę , że jedna godzina 1h = 30 o.

W zale żności od zastosowanego uk ładu po łą czeń mię dzy napi ę ciamimię dzyprzewodowymi strony pierwotnej i wtórnej, mog ą wyst ę powa ć różne przesuni ę ciagodzinowe, a wi ę c różne grupy po łą czeń transformatorów.

Rys. 8. Zasada wyznaczania przesuni ę cia godzinowego w uk ładzie Yd11 [w oparciu o 5]

W praktyce najcz ęściej spotyka si ę grupy po łą czeń o przesuni ę ciach godzinowych:− 11 ( Dy 11, Yz 11, Yd 11),−

5 (Yd 5, Dy 5),− 0 (Yy 0).

2A 2B 2C

2A1 2B1 2C1

2A3 2B3 2C3

2A2 2B2 2C2

2A4 2B4 2C4

2A2A1

2C3 2B4 2A32C1 2B2 2C4

2C 2A2 2C2

2A42B3

2B1 2B

a b c

2A1 2B1 2C1

2A2 2B2 2C2

A B C

1A2 1B2 1C2

1A1 1B1 1C1

2AU2A2B

U2C2A 2BU2B2C

2C

1A

U1A

U1B1B

U1C

1C

U1A1B

U2A2B

U1A1B

11h


16/46


Przek ładni ą znamionow ą transformatora trójfazowego nazywamy stosunek warto ściskutecznych znamionowych napi ęć mi ę dzyprzewodowych strony górnego i dolnego napi ę ciatransformatora.

DN

GNUN U

U n =

Sposób wyra żenia przek ładni znamionowej (napi ę ciowej) za po średnictwem przek ładnizwojowej przedstawia tabela 1.

Tab. 1. Przek ładnia transformatora trójfazowego w ró żnych uk ładach po łą czeń [1]

Lp. Uk ład po łą czeń Zale żność mię dzy przek ładni ą napi ę ciow ą a zwojow ą

1 Yy zD

G

DfN

GfN

DN

GNUN

3

3n

N N

U

U U U

n =≈==

2 YdzD

G

DfN

GfN

DN

GN

UN3

33n

N

N

U

U

U

U n =≈==

3 Dy zD

G

DfN

GfN

DN

GNUN 3

333

3n

N N

U

U U U

n =≈==

4 Dd zD

G

Df

GfN

DN

GNUN n N

N U U

U U

n N

=≈==

5 Yz zD

G

DfN

GfN

DN

GNUN 3

323

32

233

n N

N

U

U U U

n =≈==

6 Dzz

D

G

DfN

GfN

DN

GNUN

3

2

3

2

23

n N

N

U

U

U

U n =≈==


Odpowiadaj ą c na pytania, sprawdzisz, czy jeste ś przygotowany do wykonania ćwicze ń:1. W jaki sposób mo żna łą czyć uzwojenia po stronie pierwotnej transformatora

trójfazowego?2. W jaki sposób mo żna łą czyć uzwojenia po stronie wtórnej transformatora trójfazowego?3. Co oznaczaj ą symbole: Yd, Yz, Dy, Dd, Dz, Yy podawane na tabliczkach znamionowych

transformatorów?4. Co to jest przek ładnia znamionowa transformatora trójfazowego?5. W jaki sposób wyznacza si ę przek ładni ę transformatora w uk ładach Yd i Dy?6. Co rozumiesz przez okre ślenie „przesuni ę cie godzinowe”?7. Jak graficznie wyznacza si ę „przesuni ę cie godzinowe”?8. Co to jest „grupa po łą czeń” transformatora trójfazowego?9. Od czego zale ży wybór „grupy po łą czeń” transformatora?10. Jakie „grupy po łą czeń” transformatorów stosuje si ę najcz ęściej i jakie s ą tego przyczyny?


17/46


4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1 Narysuj cztery ró żne kombinacje uk ładów Dy i w ka żdym z nich okre śl przesuni ę cie

godzinowe.


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) narysowa ć uk łady Dy, wykorzystuj ą c fakt, że zarówno gwiazda jak i trójk ą t mog ą być

łą czone na ró żne sposoby,2) w ka żdym przypadku narysowa ć wykresy wektorowe pami ę tają c o w łaściwym

oznaczaniu wektorów,3) okre ślić przesuni ę cia godzinowe,4) wyci ą gnąć wnioski i przedstawi ć wyniki swojej pracy.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− przybory kre ślarskie, zeszyt do ćwicze ń.

Uwaga: Uczniowie pracuj ą c indywidualnie mog ą okre ślać grup ę po łą czeń różnych uk ładów.

Ćwiczenie 2Wyznacz grup ę po łą czeń w uk ładzie przedstawionym na rys. 9.

Rys. 9. Uk ład Yz


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) narysowa ć wykres wektorowy w łaściwy dla strony pierwotnej,2) narysowa ć wykres wektorowy w łaściwy dla strony wtórnej,3) wybra ć dwa dowolne odpowiednie napi ę cia (na przyk ład U AB i U ab),4) okre ślić przesuni ę cie godzinowe,5) wyci ą gnąć wnioski i zaprezentowa ć wyniki konstrukcji.

a b c

2A1 2B1 2C1

2A3 2B3 2C3

2A2 2B2 2C2

2A4 2B4 2C4

A B C

1A2 1B2 1C2

1A1 1B1 1C1


18/46


Wyposa żenie stanowiska pracy:− przybory kre ślarskie,− zeszyt do ćwicze ń.

Ćwiczenie 3Liczba zwojów fazowych uzwojenia GN transformatora trójfazowego N 1 = 900 zwojów,

a uzwojenia DN N 2 = 515 zwojów. Oblicz przek ładni ę tego transformatora dla uk ładów po łą czeń Yd, Yz i Dy.


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) wyprowadzi ć wzory na przek ładnie znamionowe dla podanych uk ładów w zale żności od

liczby zwojów,2) obliczy ć i porówna ć uzyskane przek ładnie,3) wyci ą gnąć wnioski i zaprezentowa ć wyniki.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− zeszyt do ćwicze ń, długopis.


Czy potrafisz: Tak Nie1) poda ć oznaczenia ko ńcówek uzwoje ń w transformatorach?2) skojarzy ć uzwojenia transformatora w gwiazd ę , trójk ą t lub zygzak?3) narysowa ć różne kombinacje uk ładów Yd, Yy, Dd, Dy, Yz, Dz

transformatora?4) wyznaczy ć przek ładni ę w ró żnych uk ładach po łą czeń transformatora?5) wyznaczy ć grup ę po łą czeń transformatora trójfazowego?


19/46


4.3. Transformowanie napi ęć i pr ądów w uk ładzie trójfazowym.Obci ążenie niesymetryczne


W elektroenergetyce (przy wytwarzaniu, przesy łaniu, transformowaniu i rozdzielaniuenergii elektrycznej) wykorzystuje si ę trójfazowe uk łady napi ęć.

Symetryczny uk ład napi ęć (pr ą dów) to zespó ł trzech napi ęć (pr ą dów) o jednakowych

amplitudach przesuni ę tych wzajemnie o k ą t3

2π.

W stanie ustalonym transformator trójfazowy, zasilony symetrycznym uk ładem napi ęć i obci ążony odbiornikiem trójfazowym symetrycznym, charakteryzuje si ę jednakowymi

przebiegami pr ą dów i napi ęć we wszystkich trzech fazach (przebiegi te s ą przesuni ę te

wzgl ę dem siebie o k ą t3

2π).

Moc znamionowa transformatora trójfazowego okre ślona jest wzorem:

fNfN N N N 33 I U I U S ⋅⋅=⋅⋅=

Jeśli w rdzeniu transformatora trójfazowego zachodzi ć bę dzie magnesowanie swobodne(bę dą wszystkie potrzebne harmoniczne pr ą du magnesuj ą cego), to strumie ń magnetyczny

bę dzie sinusoidalnie zmienny, a wi ę c równie ż napi ę cie b ę dzie sinusoidalnie zmienne. Taki przypadek wyst ę puje, gdy uzwojenie pierwotne jest po łą czone w gwiazd ę z przewodemneutralnym lub w trójk ą t.

W przypadku gdy uzwojenia strony pierwotnej po łą czone s ą w gwiazd ę bez przewodu

neutralnego, trzecia harmoniczna pr ą du magnesuj ą cego nie ma gdzie p łynąć i w efekcie ulegaodkszta łceniu krzywa strumienia magnetycznego i napi ę cie indukowane po stronie wtórnej.Jeżeli, w przypadku odkszta łcenia strumienia magnetycznego, strona wtórna b ę dzie

po łą czona w trójk ą t, to si ły elektromotoryczne indukowane przez trzeci ą harmoniczn ą pola powoduj ą przep ływ trzeciej harmonicznej pr ą du wtórnego, która wyt łumia zniekszta łceniestrumienia.

Wniosek:

Jeśli strumie ń magnetyczny b ę dzie odkszta łcony od sinusoidy, to równie ż napi ę cie b ę dzieodkszta łcone. Dla prawid łowej transformacji napi ęć nale ży wi ę c tak skonfigurowa ć uk ład

po łą czeń, aby jedno z uzwoje ń transformatora by ło po łą czone w trójk ą t lub gwiazd ę z przewodem neutralnym.W uk ładach trójfazowych, oprócz obci ążenia trójfazowego symetrycznego, mo że

wyst ą pić obci ążenie niesymetryczne (jedno- lub dwufazowe). Obci ążenie jednofazowemożliwe jest tylko w uk ładach z wyprowadzonym po stronie wtórnej przewodem neutralnym.

Nie wszystkie uk łady po łą czeń nadaj ą się do pracy przy niesymetrycznych obci ążeniach,gdy ż nie w ka żdym uk ładzie nast ę puje kompensacja amperozwojów pierwotnych i wtórnych,co jest warunkiem prawid łowej pracy transformatora. Najbardziej niekorzystna praca przyobci ążeniu niesymetrycznym wyst ę puje w uk ładzie Yy, a najbardziej wskazanym uk łademw takich przypadkach jest uk ład Dy i Yz.


20/46



Odpowiadaj ą c na pytania, sprawdzisz, czy jeste ś przygotowany do wykonania ćwicze ń.1. W jaki sposób nale ży po łą czy ć uzwojenia w transformatorze trójfazowym po stronie

pierwotnej, aby przy po łą czeniu po stronie wtórnej w gwiazd ę z przewodem neutralnymnapi ę cie nie by ło odkszta łcone od sinusoidy? (odpowied ź uzasadnij).

2. Jaki jest wzór na moc znamionow ą transformatora trójfazowego?3. Jakie parametry decyduj ą o doborze transformatora do odbiornika energii elektrycznej?4. Jakie uk łady po łą czeń transformatora nadaj ą się do obci ążenia niesymetrycznego?5. Dlaczego w uk ładzie Yy wskazany jest dobór odbiornika symetrycznego?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1Dobierz transformator trójfazowy do zasilania budynku pieczarkarni o mocy

przy łą czeniowej 90 kW, wspó łczynniku mocy cos φ = 0,9 oraz napi ę ciu znamionowymodbiorników 230 i 400 V. Do zasilania stacji transformatorowej nale ży wykorzysta ć istniej ą cą linię napowietrzn ą 15 kV.


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) obliczy ć moc pozorn ą znamionow ą obci ążenia,2) obliczy ć obci ążenie szczytowe S szcz. ,3) wyznaczy ć moc transformatora przyjmuj ą c S T ≥ S szcz. ,

4)

dobra ć transformator z katalogów uwzgl ę dniaj ą c warto ści napi ęć znamionowych,5) zaprezentowa ć wyniki swojej pracy.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− katalogi transformatorów trójfazowych,− kalkulator, zeszyt ćwicze ń.

Ćwiczenie 2Wyszukuj ą c informacje w podr ę czniku i ró żnych innych źród łach, przygotuj prezentacj ę

na temat: „Jakie czynniki decyduj ą o zastosowaniu okre ślonej grupy po łą czeń?”.


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) wyszuka ć informacje na temat wad i zalet ró żnych uk ładów po łą czeń,2) porówna ć koszt budowy ró żnych uzwoje ń transformatora,3) porówna ć wp ływ trzeciej harmonicznej pr ą du magnesuj ą cego na odkszta łcenie napi ę cia

wtórnego transformatorów,4) przeanalizowa ć wp ływ asymetrycznego obci ążenia na prac ę transformatorów przy

różnych uk ładach po łą czeń.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− zeszyt do ćwicze ń,− stanowisko z dost ę pem do Internetu, literatura techniczna, podr ę czniki.


21/46



Czy potrafisz: Tak Nie1) dobra ć transformator trójfazowy do okre ślonego zadania?2) poda ć wzór na moc znamionow ą transformatora trójfazowego?3) obliczy ć moc znamionow ą transformatora trójfazowego?4) wyja śnić znaczenie trzeciej harmonicznej pr ą du magnesuj ą cego?5) wskaza ć uk łady po łą czeń nadaj ą ce si ę do pracy przy obci ążeniu

niesymetrycznym?6) wskaza ć uk łady nadaj ą ce si ę do pracy przy obci ążeniu

symetrycznym?


22/46


4.4. Praca równoleg ła transformatorów trójfazowych


Praca równoleg ła transformatorów stosowana jest z ró żnych wzgl ę dów techniczno-ruchowych, m. in. ze wzgl ę du na potrzeb ę zwi ę kszenia mocy transformowanej, dopasowanie

pod wzgl ę dem ekonomicznym mocy pracuj ą cych transformatorów do zapotrzebowaniaodbiorców, mo żliwo ść wy łą czenia cz ęści transformatorów z pracy w celu dokonaniazabiegów konserwacyjno-remontowych.

Rys. 10. Schemat dwóch transformatorów po łą czonych równolegle [5]

Transformatory wspó ł pracuj ą ce równolegle maj ą uzwojenia pierwotne przy łą czone dowspólnych szyn sieci zasilaj ą cej, a uzwojenia wtórne do wspólnych szyn sieci odbiorczej(rys. 10).

Praca równoleg ła transformatorów jest poprawna, je żeli w obwodach wtórnych tychtransformatorów, w stanie ja łowym, nie pop łyną żadne pr ą dy wyrównawcze, je żelitransformatory obci ążają się proporcjonalnie do swoich mocy znamionowych oraz je żeliodpowiednie pr ą dy poszczególnych transformatorów s ą ze sob ą w fazie.

Aby transformatory mog ły ze sob ą prawid łowo pracowa ć równolegle, musz ą być spe łnione nast ę puj ą ce warunki:1. Przek ładnie znamionowe powinny by ć jednakowe (najlepiej przy jednakowych napi ę ciach

znamionowych pierwotnych i wtórnych) – tolerancja ± 0,5 %.2. Napi ę cia zwarcia powinny by ć zbli żone – tolerancja ±10 %.3. Stosunek mocy znamionowych nie mo że przekroczy ć warto ści 1: 3 lub 3: 1.4. Przesuni ę cia godzinowe przy łą czanych transformatorów musz ą być bezwzgl ę dnie

jednakowe.Przy ustalaniu łą cznej mocy wspó ł pracuj ą cych równolegle transformatorów o takich

samych napi ę ciach zwarcia, przyjmuje si ę , że ich moce znamionowe dodaje si ę algebraicznie:S = S I N + S

II N

gdzie: S I N − moc znamionowa pierwszego transformatora,

SII N − moc znamionowa drugiego transformatora.

L1L2L3

L1L2L3

N

zasilanie


23/46


Jeżeli procentowe napi ę cia zwarcia nie s ą jednakowe to bardziej b ę dzie si ę obci ążał transformator o mniejszym napi ę ciu zwarcia i on pierwszy osi ą gnie swoj ą moc znamionow ą .Wtedy transformator drugi (o wi ę kszym napi ę ciu zwarcia) obci ąży się moc ą :

IIZ%

IZ%II

NII

uu

S S =


Odpowiadaj ą c na pytania, sprawdzisz, czy jeste ś przygotowany do wykonania ćwicze ń:1. Jak ą prac ę transformatorów nazywamy równoleg łą ?2. Jaki jest cel stosowania pracy równoleg łej transformatorów?3. Kiedy wspó ł prac ę równoleg łą transformatorów uwa ża się za poprawn ą ?4. Co to s ą pr ą dy wyrównawcze?5. Jak brzmi ą warunki pracy równoleg łej transformatorów?6. W jaki sposób mo żna skontrolowa ć właściwe po łą czenie transformatorów do pracyrównoleg łej?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1Zbada ć mo żliwo ść wspó ł pracy równoleg łej dwóch transformatorów o nast ę puj ą cych

danych:1) S N1 = 160 kVA, 15750±5% / 400 V, Yz5, uz1% = 4,55%,2) S N2 = 250 kVA, 15750±5% / 400 V, Yz5, uz2% = 4,95%.


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) sprawdzi ć każdy warunek wspó ł pracy równoleg łej transformatorów i w tym celu

powiniene ś:a) okre ślić grup ę po łą czeń każdego z transformatorów,

b) obliczy ć średnie napi ę cie zwarcia tych transformatorów,c) obliczy ć odchy łk ę napi ę cia zwarcia ka żdego z transformatorów,d) zbada ć mo żliwo ść wspó ł pracy z punktu widzenia mocy znamionowych,

2) zaprezentowa ć wyniki swojej pracy.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− kalkulator,− zeszyt, d ługopis.

Ćwiczenie 2Dokonaj analizy pracy równoleg łej dwóch transformatorów trójfazowych na podstawie

wyników pomiarów przeprowadzonych w uk ładzie z rys. 11.


24/46


25/46



Czy potrafisz: Tak Nie1) poda ć cel stosowania pracy równoleg łej transformatorów?2) wymieni ć i scharakteryzowa ć warunki pracy równoleg łej?3) sprawdzi ć, czy transformatory nadaj ą się do pracy równoleg łej4) po łą czy ć uk ład w celu umo żliwienia pracy równoleg łej

transformatorów?5) dokona ć analizy pracy równoleg łej na podstawie wyników

pomiarów?


26/46


4.5. Regulacja napi ęcia w transformatorze


Powszechnie stosowanym sposobem regulacji napi ę cia w sieciach elektroenergetycznych jest zmiana przek ładni transformatorów. Ka żdy transformator energetyczny wyposa żony jestw kilka zaczepów, na przyk ład „+5%”, czy „–10%”. Zaczepy te odpowiadaj ą procentowymzmianom liczby zwojów w stosunku do przek ładni znamionowej transformatora. Ze wzgl ę duna du żą warto ść pr ą du zaczepy umieszczone s ą zwykle po stronie wysokiego napi ę cia.

Znaj ą c liczb ę zwojów oraz uk ład po łą czeń transformatora, mo żna oblicza ć dowolnewarto ści napi ęć w transformatorach.

Na przyk ład w uk ładzie po łą cze ń Yd przek ładnia transformatora wynosi:

2

1

2

1 3 N

N U U

N

N = .

Korzystaj ą c z tej zale żności mo żna obliczy ć na przyk ład napi ę cie U 1(+5%) przy po łożeniu prze łą cznika zaczepów w pozycji „+5%”:

U 1(+5% ) = U 1+ 0,05 · U 1 = 1,05· U 1, a nast ę pnie:U 2 = U 1(+5%) N 2 : 3 N 1.

Rozró żnia si ę dwa rodzaje regulacji napi ę cia w transformatorach:− regulacj ą w stanie beznapi ę ciowym− regulacj ą pod obci ążeniem.

Transformatory regulowane w stanie beznapi ę ciowym maj ą prze łą cznik, którymmanipuluje si ę r ę cznie, po od łą czeniu transformatora od sieci zasilaj ą cej (rys. 12).

Rys. 12. Zmiana przek ładni transformatora [2]

Zaczep zerowy „0” odpowiada warto ści znamionowej napi ę cia. Na zaczepie +5% liczbazwojów jest wi ę ksza o 5% od liczby zwojów na zaczepie zerowym. Na zaczepie –5% liczbazwojów jest o 5% mniejsza ni ż na zaczepie zerowym.

Wad ą regulacji w stanie beznapi ę ciowym jest konieczno ść od łą czania transformatora odsieci na czas prze łą czania i dlatego metod ę tak ą stosuje si ę tylko sezonowo albo w raziekonieczno ści zmiany konfiguracji lub obci ążenia szczytowego sieci.

Transformatory z regulacj ą pod obci ążeniem s ą stosowane na wy ższe napi ę cia, w du żychstacjach w ę złowych. Zmiana zaczepu jest automatyczna, zale żnie od zmniejszania si ę lubzwię kszania napi ę cia w sieci. Zmiana napi ę cia jest p łynna, a transformator nie jest wy łą czonyna czas prze łą czania spod napi ę cia (kolejne etapy prze łą czania zaczepów pokazuje rys. 13.

+5%

0%

-5%

U1 U2


27/46


Rys. 13. Kolejne etapy prze łą czania zaczepów pod obci ążeniem [2]


Odpowiadaj ą c na pytania, sprawdzisz, czy jeste ś przygotowany do wykonania ćwicze ń.1. Z czego wynika konieczno ść regulacji napi ę cia w transformatorze?2. Jakie znasz sposoby regulacji napi ę cia w transformatorach?3. Która z metod regulacji napi ę cia jest bardziej przydatna w praktyce i dlaczego?4. Jak zmieni si ę napi ę cie po stronie wtórnej transformatora, je żeli zmniejszymy liczb ę

zwojów po stronie pierwotnej?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1Transformator trójfazowy ma dane: S N = 1000 kVA, U GN = 10500 ±5% V, U DN = 400 V

grupa po łą czeń Dy5. Oblicz znamionowe napi ę cia w stanie ja łowym, je żeli napi ę cie sieci postronie górnego napi ę cia wynosi 10300 V, a prze łą cznik zaczepów ustawiony jest w pozycji – 5%.


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) obliczy ć napi ę cie U GN-5% = U GN – 0,05 U GN,2) obliczy ć przek ładni ę U GN-5% / U DN ,

3) obliczy ć napi ę cie w stanie ja łowym po stronie wtórnej, je śli napi ę cie sieci wynosi10300 V,4) zaprezentowa ć wyniki swoich oblicze ń.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− kalkulator,− zeszyt do ćwicze ń.

Ćwiczenie 2Oblicz liczby zwojów fazowych oraz pr ą dy znamionowe przewodowe i fazowe na

każdym zaczepie w transformatorze o parametrach: S N = 630 kVA, U GN /U DN = 15750 ±5% /5200 V, Yd11, e’ = 10 V/zw.


28/46



Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) poda ć wzór na moc S N transformatora i przekszta łcają c go wyznaczy ć wzór na pr ą d

znamionowy,

2) obliczy ć znamionowy pr ą d przewodowy na ka żdym zaczepie, zwracaj ą c uwag ę na sposóbskojarzenia uzwoje ń,3) obliczy ć znamionowe napi ę cie fazowe transformatora, a nast ę pnie liczb ę zwojów

wykorzystuj ą c zwi ą zek liczby zwojów z napi ę ciem zwojowym.


Ćwiczenie 3Transformator jednofazowy 230V/12V ma liczb ę zwojów pierwotnych N 1 = 3500 zw.

Oblicz liczb ę zwojów dwóch cz ęści uzwojenia wtórnego tak, aby na wyj ściu transformatorauzyska ć napi ę cia 3V, 5V i 8V.


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) pracowa ć samodzielnie maj ą c 10 minut na wykonanie zadania,2) narysowa ć schemat budowy transformatora z odczepami po stronie wtórnej,3) rozwi ą zanie zadania uzasadni ć odpowiednimi wzorami i obliczeniami.



Czy potrafisz: Tak Nie1) uzasadni ć potrzeb ę regulacji napi ę cia w transformatorach?2) omówi ć metody regulacji napi ę cia w transformatorach?3) porówna ć różne sposoby regulacji pod k ą tem wad i zalet?

4) dokona ć analizy dzia łania transformatora przy ró żnym ustawieniu prze łą cznika zaczepów?5) obliczy ć napi ę cia i pr ą dy znamionowe przy ró żnym ustawieniu

prze łą cznika zaczepów?


29/46


4.6. Straty mocy i sprawno ść w transformatorze


W transformatorach wyst ę puj ą nast ę puj ą c straty mocy:

∑ Δ+Δ+Δ=Δ iz cue F P P P P ,a) straty mocy w rdzeniu ( Δ P Fe),

b) straty mocy w uzwojeniach ( Δ P Cu),c) straty dielektryczne ( Δ P iz).

ad a) Straty mocy w rdzeniu ( żelazie) nazywa si ę równie ż stratami ja łowymi.Δ P Fe ≈ Δ P o.

Warto ść tych strat wyznaczy ć można podczas próby stanu ja łowego (rys. 2).Straty w rdzeniu spowodowane s ą pę tlą histerezy oraz pr ą dami wirowymi, dziel ą się wię c na straty histerezowe ( Δ P h) oraz straty wiropr ą dowe ( Δ P w):Δ P Fe = Δ P h + Δ P w, Δ P h = c h fB2,Δ P w = c w f 2 B2; gdzie: f – cz ę stotliwo ść, B – indukcja magnetyczna.

ad b) Straty w uzwojeniach (w miedzi) s ą proporcjonalne do kwadratu nat ężenia pr ą duw uzwojeniach. Zale żą od pr ą du obci ążenia, wi ę c nazywa si ę je stratamiobci ążeniowymi lub zmiennymi.Przyjmuje si ę , że straty te równe s ą stratom mocy w uzwojeniach przy znamionowym

pr ą dzie obci ążenia. Wyznacza si ę je wi ę c podczas próby zwarcia pomiarowego (rys. 3).Δ P CuN = m Rz I N2; gdzie m liczba faz, Rz – rezystancja zwarciowa,Δ P CuN = Δ P z.

ad c) Straty dielektryczne s ą to straty w uk ładach izolacyjnych, nie opisuje si ę ich wzorem,ale mo żna stwierdzi ć, że warto ść tych strat ro śnie ze wzrostem mocy transformatora.

Sprawno ść transformatora jest to stosunek mocy czynnej oddanej przez transformator ( P )do mocy czynnej pobranej przez transformator ( P in):

in P

P =η lub %100⋅=in P

P η

P < P in

P = P in – ∑ΔP

222 cosU mI P =

P U mI P in ΣΔ+= 222 cosϕ

e F z P I

n

RU mI

U mI

Δ++=

222222

222

1cos

cos

ϕ η .

Z równania wynika, że sprawno ść zale ży od obci ążenia.


30/46


Dla sta łej warto ści napi ę cia wtórnego oraz cos φ 2 = const maksymalna warto ść sprawno ścitransformatora wyst ę puje, gdy: Δ P Fe = Δ P Cu

Cu

Fe N P

P S S

Δ

Δ=max)(2 η .

Transformator zbudowany jest zwykle tak, że maksymalna sprawno ść wyst ę puje przyobci ążeniu wynosz ą cym oko ło 70% obci ążenia znamionowego.


Odpowiadaj ą c na pytania, sprawdzisz, czy jeste ś przygotowany do wykonania ćwicze ń.1. Jak wyja śnić przyczyny strat w rdzeniu transformatora?2. W jaki sposób mo żna wp ływa ć na zmniejszenie strat mocy w rdzeniu?

3. Dlaczego straty w żelazie nazywa si ę też stratami ja łowymi?4. Od czego zale żą straty mocy w uzwojeniach transformatora?5. Podczas jakiej próby wyznacza si ę straty w uzwojeniach?6. W jaki sposób do świadczalnie mo żna wyznaczy ć straty w rdzeniu transformatora?7. W jaki sposób mo żna do świadczalnie wyznaczy ć straty w uzwojeniach transformatora?8. Co to jest sprawno ść transformatora?9. Dlaczego sprawno ść nie jest wielko ścią sta łą ?10. Jaki jest przebieg sprawno ści przy zmianach obci ążenia?

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1Transformator trójfazowy ma dane znamionowe:

S N = 200 kVA, nUN = 10,5/0,4 kV f N = 50 Hz, Δ P oN = 380 W, Δ P zN = 830 W. Obliczsprawno ść tego transformatora, je żeli jest on obci ążony pr ą dem znamionowym przywspó łczynniku mocy cos φ = 0,8 ind .


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:

1) obliczy ć znamionowy pr ą d strony wtórnej,2) obliczy ć moc czynn ą oddan ą przez transformator,3) obliczy ć moc czynn ą pobran ą przez transformator,4) okre ślić sprawno ść transformatora.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− kalkulator, zeszyt do ćwicze ń, długopis.

Ćwiczenie 2Wykonaj pomiary strat mocy w żelazie i w miedzi oraz wyznacz sprawno ść

transformatora w warunkach pracy znamionowej.



31/46


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) zapozna ć się z danymi znamionowymi badanego transformatora,2) dobra ć przyrz ą dy pomiarowe zwracaj ą c szczególn ą uwag ę na zakresy pomiarowe,3) zaproponowa ć uk łady pomiarowe i sposób przeprowadzenia bada ń (wykorzysta ć

schematy do przeprowadzenia próby biegu ja łowego, próby zwarcia i obci ążenia),4) po akceptacji prowadz ą cego po łą czyć uk łady pomiarowe,5) wykona ć niezb ę dne pomiary i obliczenia,6) sporz ą dzić zestawienie wyników,7) zaprezentowa ć wyniki swojej pracy,8) zastosowa ć zasady bhp podczas monta żu uk ładu i pomiarów.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− transformator jednofazowy,− autotransformator,− amperomierze,− woltomierze,− watomierze,− kalkulator zeszyt do ćwicze ń.Uwaga: Minimalny czas na zaprojektowanie i wykonanie oraz zaprezentowanie wyników

wynosi 60 minut.

Ćwiczenie 3Uzasadnij, dlaczego sprawno ść transformatora nie jest wielko ścią sta łą . Wyja śnij, jak

zmienia si ę sprawno ść przy zmianach pr ą du obci ążenia.


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) na podstawie dost ę pnej literatury oraz wyników pomiarów uzyskanych podczas ćwicze ń

wykonywanych w tej jednostce modu łowej wyja śnić, od czego zale ży sprawno ść transformatora,

2) narysowa ć wykres sprawno ści i omówi ć jego przebieg.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− podr ę cznik z maszyn elektrycznych,− sprawozdania z przeprowadzonych dotychczas ćwicze ń.


Czy potrafisz: Tak Nie1) wyja śnić, co oznaczaj ą symbole Δ P Fe, Δ P Cu oraz Δ P iz?2) wyja śnić przyczyny strat w rdzeniu?3) wyja śnić przyczyny strat w uzwojeniach?4) okre ślić sprawno ść transformatora?5) narysowa ć i obja śnić wykres sprawno ści transformatora?6) dokona ć pomiaru strat mocy w transformatorze?


32/46


4.7. Transformatory specjalne: transformator trójuzwojeniowy,autotransformator, przek ładnik pr ądowy i napi ęciowy,transformator spawalniczy, transformator bezpiecze ństwa,sterowania i sygnalizacji

4.7.1.Materia ł nauczania

Transformator trójuzwojeniowy (rys. 14) to transformator trójfazowy, który dla ka żdejfazy ma uzwojenie górnego (GN), średniego (SN) i dolnego napi ę cia (DN). Transformatortaki znajduje zastosowanie w elektrowniach, gdzie jedno z uzwoje ń wtórnych zasila sie ć

potrzeb w łasnych elektrowni, w du żych zak ładach przemys łowych, a przede wszystkimw stacjach sprz ę gają cych sieci o trzech ró żnych napi ę ciach znamionowych.

Rys. 14. Schemat transformatora trójuzwojeniowego w uk ładzie Yyd [1]

Autotransformator (transformator jednouzwojeniowy) jest odmian ą transformatora,w którym uzwojenie dolnego napi ę cia stanowi cz ęść uzwojenia górnego napi ę cia (rys. 15).

Rys. 15. Schemat po łą czeń autotransformatora [ źród ło w łasne]I = I 2 – I1 – pr ą d we wspólnej cz ęści autotransformatora

Autotransformatory wykonuje si ę jako urz ą dzenia o sta łej lub zmiennej (za pomoc ą odczepów lub suwaka) liczbie zwojów uzwojenia wtórnego.

1

21020 N

N U U = – zale żność mię dzy napi ę ciami U 1 i U 2 w stanie ja łowym,

222111 I U S I U S S P =≈== – moc przechodnia, czyli moc pozorna przekazywana zestrony pierwotnej na stron ę wtórn ą ,

I U S W 2= – moc w łasna autotransformatora,

110kV

6kV

15kV


33/46


n

nS

nn

I U S P W 11

22

−=

−= – zale żność mię dzy moc ą własną a moc ą przechodni ą .

Wad ą autotransformatora jest to, że dzi ę ki galwanicznemu po łą czeniu obu uzwoje ń wszelkie zaburzenia mog ą przenosi ć się ze strony pierwotnej na wtórn ą . Mo że to stanowi ć niebezpiecze ństwo dla odbiorców i obs ługi tego urz ą dzenia.

Przek ładniki napi ę ciowe i pr ą dowe – to transformatory specjalne, które zasilaj ą przyrz ą dy zabezpieczaj ą ce, odizolowuj ą obwody pomiarowe i zabezpieczaj ą ce od obwoduwysokiego napi ę cia, zmieniaj ą zakresy pomiarowe mierników pr ą du przemiennego.

Rys. 16. Schemat przek ładnika: a) pr ą dowego, b) napi ę ciowego [ źród ło w łasne]

Przek ładniki pr ą dowe maj ą uzwojenia pierwotne zasilane pr ą dem odbiorników, a douzwojenia wtórnego w łą czone s ą szeregowo amperomierze, cewki pr ą dowe watomierzyi liczników lub wyzwalacze i przeka źniki. Znamionowy pr ą d wtórny wynosi zwykle 5 A(czasem 1 A). Przek ładnik taki pracuje w warunkach zbli żonych do stanu zwarcia

pomiarowego transformatora energetycznego i mo żna przyj ąć, że:

1

2

2

1

N N

I I = .

Uzwojenie wtórne przek ładnika pr ą dowego powinno by ć zwarte miernikiem lub –w przypadku od łą czenia miernika – przewodem. Je żeli obwód wtórny pozostaje otwarty, to

pr ą d ja łowy jest roboczym pr ą dem pierwotnym, co powoduje nadmierne nagrzewanie rdzeniai niebezpieczny wzrost napi ę cia wtórnego.

Przek ładniki napi ę ciowe maj ą uzwojenia pierwotne przy łą czone do mierzonego napi ę cia,a do uzwojenia wtórnego przy łą czone s ą równolegle woltomierze, cewki napi ę ciowewatomierzy i liczników. Znamionowe napi ę cia strony pierwotnej s ą znormalizowane tak jakw sieci), a znamionowe napi ę cie strony wtórnej wynosi zwykle 100 V.

Przek ładnik napi ę ciowy pracuje w warunkach zbli żonych do stanu ja łowegotransformatora i mo żna przyj ąć, że:

2

1

2

1

N N

U U = .

Transformator spawalniczy musi zapewni ć cią głość palenia si ę łuku elektrycznegomię dzy elektrod ą spawalnicz ą a metalem, uniemo żliwi ć przep ływ pr ą du o du żej warto ściw przypadku zwarcia elektrod, a tak że musi by ć dostosowany do regulacji warto ści pr ą duspawania. Regulacj ę pr ą du uzyskuje si ę albo przez zmian ę liczby zwojów uzwojenia (rys. 17),albo przez zmian ę długo ści szczeliny powietrznej rdzenia transformatora.

Rys. 17. Zasada budowy transformatora spawalniczego [5]

S1P1

S2

A V

A a

B

P2 b

a) b)


34/46


Transformatory bezpiecze ństwa s ą to transformatory o napi ę ciu strony wtórnej niewię kszym ni ż napi ę cie uznawane za bezpieczne w okre ślonych warunkach środowiskowych(np. transformator o przek ładni 230/24V). Wykorzystywane s ą najcz ęściej do zasilaniaodbiorników elektrycznych w miejscach o du żym zagro żeniu pora żeniem pr ą dem elektrycznymoraz w miejscach, co do których wymagaj ą tego przepisy. Stosowane s ą na przyk ład dozasilania lamp przeno śnych i halogenowych oraz do zasilania instalacji o świetleniowej wmiejscach mokrych i wilgotnych. Transformatory bezpiecze ństwa umieszczone s ą w trwa łejobudowie, oddzielonej od wn ę trza podwójn ą izolacj ą .

Specjalnymi w łaściwo ściami odznaczaj ą się też transformatory stosowane w uk ładachsterowania i sygnalizacji. S ą to urz ą dzenia o bardzo ma łych napi ę ciach zwarcia, przyodci ążaniu obwodu odbiorczego, napi ę cie wyj ściowe ulega tylko nieznacznym zmianom.Zastosowanie takich transformatorów zdecydowanie zmniejsza wp ływ pr ą dów p łyną cych wobwodach g łównych na obwody sterowania i sygnalizacji.


Odpowiadaj ą c na pytania, sprawdzisz, czy jeste ś przygotowany do wykonania ćwicze ń.1. Jakie zastosowanie maj ą transformatory trójuzwojeniowe?2. Do czego s łużą autotransformatory?3. Czym ró żnią się autotransformatory od zwyk łych transformatorów dwuuzwojeniowych?4. Jakie parametry znamionowe charakteryzuj ą autotransformatory?5. Co to s ą przek ładniki i do czego s łużą ?6. Jakim wymaganiom musz ą sprosta ć transformatory spawalnicze?7. Co oznacza symbol podawany na niektórych transformatorach?8. Czym ró żnią się transformatory bezpiecze ństwa od zwyk łych transformatorów

dwuuzwojeniowych?

4.7.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1Dobierz transformator do zasilania trzech lamp halogenowych o mocy P = 35W ka żda

lampa i U N = 12V.


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) obliczy ć łą czną moc pobieran ą przez halogeny,2) dobra ć z katalogu odpowiedni transformator,3) zaprezentowa ć wyniki pracy maj ą c 15 minut na wykonanie zadania.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− katalogi transformatorów halogenowych,− kalkulator,− zeszyt ćwicze ń,− długopis.


35/46


R obc ~U V

A1

W

A2

Ćwiczenie 2Dokonaj pomiaru pr ą du, napi ę cia i mocy z wykorzystaniem przek ładnika pr ą dowego,

zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 18.

Rys. 18. Schemat uk ładu do pomiarów z u życiem przek ładnika pr ą dowego


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) wykona ć pomiary mocy czynnej pobieranej przez ró żne odbiorniki energii elektrycznej

przy napi ę ciu znamionowym,2) porówna ć moc zmierzon ą z moc ą znamionow ą odbiorników,3) na podstawie wskaza ń amperomierzy wyznaczy ć przek ładni ę znamionow ą przek ładnika,4) wyniki porówna ć z danymi znamionowymi przek ładnika,5) zastosowa ć zasady bhp podczas monta żu uk ładu i podczas pomiarów.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− 3 odbiorniki wskazane przez nauczyciela,− przek ładnik pr ą dowy laboratoryjny,− amperomierze,− watomierz,− woltomierz.

Ćwiczenie 3Dany jest transformator o II klasie ochronno ści. Dobierz do niego odpowiedni ą lamp ę ,

pod łą cz ją do obwodu wtórnego tego transformatora, pod łą cz transformator do sieci,a nast ę pnie dokonaj pomiarów pr ą du i napi ę cia w obwodzie lampy.


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) zapozna ć się z danymi znamionowymi transformatora,2) spo śród dost ę pnych na stanowisku lamp wybra ć właściwą , zwracaj ą c szczególn ą uwag ę

na moc i napi ę cie znamionowe,3) zaproponowa ć uk ład pomiarowy i po akceptacji prowadz ą cego pod łą czyć lamp ę do

transformatora,4) wykona ć niezb ę dne pomiary,5) zaprezentowa ć wyniki pracy,


36/46


6) zachowa ć szczególne bezpiecze ństwo podczas monta żu uk ładu i pomiarów.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− pude łko z ró żnymi rodzajami lamp,− transformator bezpiecze ństwa,− katalog transformatorów bezpiecze ństwa,− katalogi źróde ł świat ła,− amperomierz, woltomierz.


Czy potrafisz: Tak Nie1) dokona ć pomiaru z wykorzystaniem przek ładników pr ą dowych?2) dokona ć pomiaru z wykorzystaniem przek ładników napi ę ciowych?3) wykorzysta ć autotransformator do regulacji napi ę cia?4) dobra ć transformator bezpiecze ństwa do okre ślonego zadania?5) scharakteryzowa ć dzia łanie transformatora spawalniczego?6) skorzysta ć z katalogów przy doborze transformatorów specjalnych?7) zastosowa ć zasady bhp podczas pomiarów z wykorzystaniem

przek ładników?


37/46


4.8. Eksploatacja transformatorów. Najcz ęstsze uszkodzeniawyst ępuj ące w transformatorach


Eksploatacj ę transformatorów nale ży prowadzi ć w oparciu o:1) przepisy w sprawie szczegó łowych zasad eksploatacji sieci elektroenergetycznych,2) przepisy w sprawie ogólnych zasad eksploatacji urz ą dzeń elektroenergetycznych,3) warunki techniczne podane przez wytwórc ę ,4) szczegó łową instrukcj ę eksploatacji.

Ogl ę dziny transformatorów powinny by ć wykonywane w terminach okre ślonychw instrukcji eksploatacji, jednak nie rzadziej ni ż:1) raz w czasie zmiany w stacjach ze sta łą obs ługą ,2) raz w miesi ą cu w stacjach bez sta łej obs ługi o górnym napi ę ciu 110 kV i wy ższym,3) nie rzadziej ni ż raz w roku w stacjach bez sta łej obs ługi o napi ę ciu górnym ni ższym ni ż

110 kV.Ogl ę dziny obejmuj ą mię dzy innymi:

1) stan napisów i oznacze ń informacyjno-ostrzegawczych,2) stan transformatorów i aparatury pomocniczej,3) dzia łanie przyrz ą dów kontrolno-pomiarowych i rejestruj ą cych,4) poziom oleju i ewentualne wycieki,5) stan przej ść, ogrodze ń i zamkni ęć,6) stan izolatorów.

Przegl ą dy – ich terminy i zakres wynikaj ą z przeprowadzonych ogl ę dzin i oceny stanutechnicznego transformatorów, jednak nie rzadziej ni ż co 10 lat dla transformatorów o mocyod 0,1 do 1,6 MVA hermetyzowanych.

Przegl ą dy transformatorów obejmuj ą głównie:1) oglę dziny,2) pomiary i próby eksploatacyjne,3) sprawdzenie stanu technicznego transformatorów,4) sprawdzenie dzia łania rezerwy ruchowej,5) konserwacje i naprawy.

Podczas przegl ą du transformatora wykonuje si ę mię dzy innymi:1) pomiar rezystancji izolacji i wska źników R 60/R 15,gdzie: R60 – rezystancja izolacji po up ływie 60s od chwili w łą czenia napi ę cia,

R15 – rezystancja izolacji po up ływie 15s od chwili w łą czenia napi ę cia2) badanie oleju w zakresie:

− zawarto ści wody i cia ł sta łych,− rezystywno ści,− napi ę cia przebicia.

Do najcz ę stszych objawów uszkodze ń transformatorów energetycznych zaliczy ć mo żna: przeciekanie oleju, intensywne nagrzewanie si ę , przebicie izolacji uzwoje ń, trzaski wewn ą trzkadzi, zadzia łanie przeka źnika Buchholza. (informacje na ten temat mo żna odnale źć w [1]).

W przypadku podejrzenia uszkodzenia transformatora nie wolno utrzymywa ć go w pracy,lecz nale ży bezzw łocznie wyja śnić przyczyny i usun ąć objawy.

Wyja śnienie przyczyn polega na:− oglę dzinach zewn ę trznych,


38/46


− pomiarach rezystancji izolacji,− stwierdzeniu braku przerw w uzwojeniach,− sprawdzeniu zabezpiecze ń,− sprawdzeniu dzia łania zaczepów regulacyjnych,− badaniu oleju,

− pomiarze reaktancji rozproszeniowych.


Odpowiadaj ą c na pytania, sprawdzisz, czy jeste ś przygotowany do wykonania ćwicze ń.1. Co rozumiesz przez okre ślenie eksploatacja transformatorów?2. Jakie czynno ści wchodz ą w zakres ogl ę dzin, a jakie w zakres przegl ą dów?3. Na czym polega pomiar rezystancji uzwoje ń w transformatorze?4. Na czym polega pomiar rezystancji izolacji w transformatorze trójfazowym?5. Jaka powinna by ć warto ść wska źnika R 60/R 15?6. Jakie przyczyny mog ą spowodowa ć przebicie izolacji w transformatorze?7. O jakim uszkodzeniu mog ą świadczy ć trzaski wewn ą trz transformatora?8. W jakich przypadkach istnieje konieczno ść wymiany oleju w transformatorze?

4.8.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1Wykonaj pomiary rezystancji uzwoje ń oraz rezystancji izolacji w danym transformatorze

trójfazowym.


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) wykona ć pomiary po wy łą czeniu transformatora spod napi ę cia,2) pomiar rezystancji wykonywa ć pomi ę dzy liniowymi zaciskami transformatora:

− uzwoje ń GN – mi ę dzy fazami A – B , A – C, B – C (zalecany mostek Wheatstone’a),− uzwoje ń DN – mi ę dzy fazami a – 0, b – 0, c – 0 (zalecany mostek Thomsona),

3) ze zmierzonych rezystancji uzwoje ń transformatora pomi ę dzy zaciskami liniowymi postronie GN, obliczy ć rezystancje faz zale żnie od sposobu po łą czenia uzwoje ń,

4) dokona ć oceny wyników pomiaru,5) pomiar rezystancji izolacji wykona ć miernikiem izolacji 2500 V,6) przed przyst ą pieniem do pomiaru, uziemi ć badane uzwojenie na czas oko ło 2 minut,7) odczyty wykonywa ć po up ływie 15 s od chwili w łą czenia napi ę cia pomiarowego (R 15)

i po up ływie 60 s (R 60),8) W transformatorach dwuuzwojeniowych zmierzy ć rezystancj ę izolacji:

− uzwojenia GN wzgl ę dem uzwojenia DN i kadzi (rys. 19a),− uzwojenia DN wzgl ę dem uzwojenia GN i kadzi (rys. 19b),− uzwojenia GN i DN wzgl ę dem kadzi wzgl ę dem kadzi (rys. 19c),− uzwojenia GN wzgl ę dem uzwojenia DN (rys. 19d),


39/46


Rys. 19. Schematy do pomiaru rezystancji izolacji w transformatorze trójfazowym [3]

9) dokona ć oceny wyników pomiarów.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− transformator trójfazowy,− miernik do pomiaru rezystancji izolacji,− miernik do pomiaru rezystancji uzwoje ń.

Ćwiczenie 2W danym transformatorze jednofazowym, po zasileniu strony pierwotnej napi ę ciem

znamionowym 230 V, napi ę cie strony wtórnej, w stanie ja łowym wynosi 0. Zlokalizujuszkodzenie w tym transformatorze. Zaprezentuj sposób wykrycia usterki.


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) dokona ć szczegó łowych ogl ę dzin transformatora, pod k ą tem uszkodze ń mechanicznych,2) w zale żności od wyników ogl ę dzin oraz objawów uszkodzenia, dokona ć niezb ę dnych

pomiarów,3) przeprowadzi ć analiz ę wyników pomiarów,4) zaprezentowa ć wyniki pracy, podaj ą c lokalizacj ę uszkodzenia,5) zastosowa ć zasady bhp podczas lokalizacji uszkodzenia.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− niesprawny transformator jednofazowy,− miernik do pomiaru rezystancji uzwoje ń,− woltomierz.

Ćwiczenie 3Korzystaj ą c z informacji zawartych w podr ę czniku, poradnikach i ró żnych innych

źród łach, wyja śnij, jakie przyczyny mog ą wywo ływa ć trzaski wewn ą trz transformatoratrójfazowego lub przebicie izolacji. W jaki sposób mo żna wykry ć i usun ąć tę usterk ę ?


Aby wykona ć ćwiczenie, powiniene ś:1) dokona ć analizy mo żliwych przyczyn wymienionych usterek,2) znale źć sposób wykrycia i usuni ę cia usterki,3) zaprezentowa ć wyniki pracy.

Wyposa żenie stanowiska pracy:− podr ę cznik – Go źlińska E.: Maszyny elektryczne,


40/46


− poradniki elektryka.


Czy potrafisz: Tak Nie1) zdefiniowa ć poj ę cie eksploatacji?2) wymieni ć czynno ści wchodz ą ce w zakres ogl ę dzin?3) wymieni ć czynno ści wchodz ą ce w zakres przegl ą dów?4) przeprowadzi ć pomiar rezystancji uzwoje ń?5) przeprowadzi ć pomiary rezystancji izolacji?6) oceni ć wyniki pomiarów?7) zlokalizowa ć proste usterki transformatorów jednofazowych?8) zlokalizowa ć proste usterki transformatorów trójfazowych?


41/46


5. SPRAWDZIAN OSI ĄGNI ĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1. Przeczytaj uwa żnie instrukcj ę , masz na to oko ło 5 minut.2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kart ę odpowiedzi.3. Zapoznaj si ę z zestawem zada ń testowych.4. Test sk łada si ę z 20 zada ń dotycz ą cych dobierania i sprawdzania transformatorów.5. Na rozwi ą zanie wszystkich zada ń masz 35 minut.6. Odpowiedzi udzielaj wy łą cznie na za łą czonej karcie odpowiedzi.7. Wszystkie zadania to zadania wielokrotnego wyboru. Zawieraj ą cztery mo żliwe

odpowiedzi, z których tylko jedna jest poprawna. Zaznacz poprawn ą odpowied ź,zaczerniaj ą c w łaściwe pole w karcie odpowiedzi. Je śli się pomyli łeś, to otocz b łę dną odpowied ź kó łkiem i zaznacz now ą odpowied ź.

8.

Zadania:1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 14, 16, 18, 19, 20 s ą z poziomu podstawowego, pozosta łe są z poziomu ponad podstawowego. Rozwi ą zuj najpierw zadania z poziomu podstawowego.

9. W niektórych zadaniach, udzielenie prawid łowej odpowiedzi wymaga wykonania pomocniczych oblicze ń (mo żesz wykorzysta ć kalkulator).

10. Mo żesz uzyska ć maksymalnie 20 punktów.11. Pami ę taj, że pracujesz samodzielnie.12. Po zako ńczeniu testu podnie ś r ę k ę i zaczekaj, a ż nauczyciel odbierze od Ciebie prac ę .

Powodzenia!

ZESTAW ZADA Ń TESTOWYCH

Dobieranie i sprawdzanie transformatorów

1. Transformator przedstawiony na rysunku to transformator:a) jednofazowy rdzeniowy,

b) jednofazowy p łaszczowy,c) trójfazowy rdzeniowy,d) trójfazowy p łaszczowy.

2. Moc znamionowa transformatora jednofazowego okre ślona jest zale żnością :a) ϕ cosUI P = ,

b) ϕ cos3UI P = ,c) UI S = ,

d) UI S 3= .

3. Zwię kszenie obci ążenia transformatora spowoduje wzrost strat mocy czynnej:a) w uzwojeniu wtórnym,

b) w uzwojeniu pierwotnym,c) w rdzeniu transformatora,d) w obu uzwojeniach.


42/46


4. Przyczyn ą odkszta łcenia pr ą du magnesuj ą cego iμ od przebiegu sinusoidalnego jest:a) pę tla histerezy i zjawisko nasycania si ę obwodu magnetycznego,

b) zbyt du że obci ążenie obwodu wtórnego,c) zbyt ma łe obci ążenie obwodu wtórnego,d) zjawisko pr ą dów wirowych.

5. Straty w rdzeniu transformatora spowodowane s ą :a) pr ą dami wirowymi oraz zak łóceniami radioelektrycznymi,

b) pr ą dami wirowymi oraz źle dobranym obci ążeniem,c) pę tlą histerezy oraz źle dobranym obci ążeniem,d) pę tlą histerezy oraz pr ą dami wirowymi.

6. Jeden z postulatów poprawnej pracy równoleg łej transformatorów ma posta ć:a) transformatory obci ążają się proporcjonalnie do swoich mocy znamionowych,

b) w obwodach wtórnych w stanie ja łowym p łyną pr ą dy wyrównawcze,c) w stanie obci ążenia pr ą dy wtórne musz ą być przesuni ę te w fazie,d) stosunek mocy transformatorów powinien by ć wię kszy ni ż 3:1.

7. Na podstawie próby zwarcia pomiarowego transformatora mo żna ustali ć:a) straty mocy w rdzeniu,

b) sprawno ść transformatora,c) przek ładni ę znamionow ą ,d) straty mocy w uzwojeniach.

8. W transformatorze jednofazowym o danych N 1 = 3000 zw, U 1 = 230 V, U 2 = 12 V liczbazwojów wtórnych wynosi:a) 157,

b) 58,c) 300,d) 158.

9. W przek ładniku pr ą dowym pr ą d I 1 = 500A, pr ą d I 2 = 5A, N 1 = 2, liczba zwojów wtórnychwynosi:a) 2,

b) 20,c) 200,d) 2000.

10. Jeżeli w transformatorze trójfazowym S N = 630 kVA, U DN = 5200V, Yd5 to znamionowy pr ą d fazowy strony wtórnej wynosi:a) 121,2 A,

b) 40,3 A,c) 69,9 A,d) 20,2 A.


43/46


44/46


17. W przedstawionym uk ładziegrupa po łą czeń transformatora wynosi:

a) Yd1, b) Dy1,

c) Yd5,d) Dy7.

18. Moc w łasna autotransformatora o przek ładni230 / 110 V i pr ą dzie obci ążenia 6 A wynosi:a) 660 VA,

b) 1380 VA,c) 344 VA,d) 200 VA.

19. Charakterystyk ą zewn ę trzn ą transformatora nazywamy:a) zale żność napi ę cia U 2 na zaciskach uzwojenia wtórnego do pr ą du obci ążenia I 2,

b) zale żność pr ą du zwarcia I 1Z od napi ę cia zwarcia U 1Z,c) zale żność sprawno ści od pr ą du obci ążenia I 2,d) zale żność wspó łczynnika mocy cos φ od napi ę cia zwarcia U 1Z.

20. Przyczyn ą trzasków wewn ą trz transformatora energetycznego mog ą być:a) nieszczelne spoiny kadzi,

b) zbyt niski poziom oleju,c) przepi ę cia i wy ładowania do kadzi,d) zwarcie mi ę dzy zwojami.


45/46


KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ……………………………………………………………………………

Dobieranie i sprawdzanie transformatorówZaznacz poprawn ą odpowied ź

Nrzadania

Odpowied ź Punkty

1 a b c d2 a b c d3 a b c d4 a b c d5 a b c d6 a b c d7 a b c d8 a b c d9 a b c d

10 a b c d11 a b c d12 a b c d13 a b c d14 a b c d

15 a b c d16 a b c d17 a b c d18 a b c d19 a b c d20 a b c d

Razem


46/46

6. LITERATURA

1. Goźlińska E.: Maszyny elektryczne. WSiP, Warszawa 20012. Kotlarski W.: Sieci elektroenergetyczne. WSiP, Warszawa 2002

3.

Laskowski J.: Poradnik elektroenergetyka przemys łowego. COSiW SEP, Warszawa 20004. Pilawski M.: Pracownia elektryczna. WSiP, Warszawa 19955. Stein Z.: Maszyny i nap ę d elektryczny. WSiP, Warszawa 19996. Zakrzewski K., Byczkowska L.: Transformatory i przetworniki elektromechaniczne

pr ą du sta łego. Politechnika Łódzka, Łódź 1993

Documents

Dobieranie i Sprawdzanie Transformatorów