Električna postrojenja- nastavak

Električna postrojenja Elementi postrojenja (nastavak)

Prof. dr. sc. Slavko Krajcar; Prof. dr. sc. Marko Delimar

© FER-ZVNE 2012/13 – Električna postrojenja Prozirnica br. 2

Sadržaj i raspored

Predavanje 1 – “Zbivanja u EES-u” 02.10.12.

Predavanje 2 – Elektroenergetski sustav 09.10.12.

Predavanje 3 – 3f sustavi 16.10.12.

Predavanje 4 – Modeliranje 1 (transformator) 23.10.12.

Predavanje 5 – Modeliranje 2 (generator + ostalo) 30.10.12.

Predavanje 6 – Proračun kratkog spoja 06.12.12.

MI

Predavanje 7 – Glavni elementi postrojenja 04.12.12.

Predavanje 8 – Sklopni uređaji niskog napona 11.12.12.

Predavanje 9 – Energetski i mjerni transformatori, sekundarni sustavi 18.12.12.

Predavanje 10 – Sheme spoja 08.01.13.

Predavanje 11 – Zaštita 15.01.13.

Predavanje 12 – Završna poglavlja 22.01.13.

ZI

Predavanje 9 – Energetski i mjerni transf., sek. sustavi Danas

© FER-ZVNE 2012/13 – Električna postrojenja Prozirnica br. 3 Prozirnica br. 3

Gdje smo?

Uvod

Simetrične komponente

Modeliranje elemenata sustava

- (transformatori, generatori, prigušnice, vodovi, trošila)

Proračun kratkog spoja

Elementi postrojenja

- Sabirnice, izolatori, rastavljači, uređaji za prekidanje struje

- Sklopni uređaji niskog napona

- Energetski transformatori, mjerni transformatori

- Sekundarni sustavi u električnim postrojenjima

Sheme spoja

Energetski transformatori, mjerni transformatori Danas

Sekundarni sustavi u električnim postrojenjima Danas


Energetski transformatori Osnovni podaci

Prijenosni omjer

Nazivna snaga

Spoj transformatora

Relativni napon kratkog

spoja

Mogućnost promjene

prijenosnog

omjera (regulacija)

Način hlađenja


Energetski transformatori Prijenosni omjer

Omjer broja zavoja primarne i sekundarne strane transformatora

Približno je jednak omjeru primanog i sekundarnog napona za transformator u praznom

hodu

Često se prijenosni omjer navodi kao omjer nazivnih napona primarne i sekundarne

strane transformatora (za trofazni transformator to su linijske vrijednosti)

Realno, da bi se kompenzirao pad napona u transformatoru (a djelomično i u mreži),

transformatori se grade tako da na sekundarnoj strani imaju određeni broj zavoja više (npr.

5%)

Pri tome se pod sekundarnom stranom podrazumijeva on strana na koju se transformira

energija

Silazni transformatori: sekundarna strana je niženaponska (npr. 110/10.5 kV)

Uzlazni transformatori: sekundarna strana je višenaponska (npr. 115.5/10 kV)

Ako se transformator u mreži koristi i kao uzlazni i kao silazni, onda prijenosni omjer ovisi o

prilikama u mrežama koje povezuje


Energetski transformatori Nazivna snaga (1)

Za dvonamotni transformator to je prividna snaga za koju je

dimenzioniran transformator, a dobiva se iz izraza:

𝑆𝑛 = 3 ⋅ 𝐼2𝑛 ⋅ 𝑈2𝑛

Prethodna definicija, iako se koristi u većini propisa, nije u skladu s

definicijom koja se uobičajeno koristi kao definicija nazivne snage strojeva

Nazivna snaga stroja je izlazna snaga, pa bi izlaznu snagu

dvonamotnog transformatora trebalo određivati preko sekundarnog

napona pri nazivnoj sekundarnoj struji (a ne preko U2n sekundarnog

napona u praznom hodu)

No u tom bi slučaju sekundarni napon opterećenog transformatora ovisio

o faktoru snage opterećenja, zbog čega bi nazivnu snagu bilo potrebno

definirati s obzirom na faktor snage opterećenja transformatora


Energetski transformatori Nazivna snaga (2)

Transformatori se standardiziraju prema nazivnim snagama:

Npr.

- za 110/x kV: 20, 40, 63 MVA

- za 30(35)/10 kV: 1.6, 4, 8, 16 MVA

- za 10/0.4 kV: 50, 100, 140, 250, 400, 630, 1000, 2000 kVA

Za tronamotne transformatore potrebno je poznavati nazivnu snagu

svakog namota posebno

Npr. 60/40/20 MVA

Pri tome je nazivna snaga transformacije među pojedinim namotima

ograničena nazivnom snagom onog namota koji ima manju nazivnu

snagu (npr. Sn12 = 40 MVA, Sn13 = 20 MVA, Sn23 = 20 MVA)


Energetski transformatori Spoj dvonamotnih transformatora

Grupa spoja transformatora ovisi o zahtjevima mreže

(npr. da li se u mreži uzemljuje nultočka)

Za povezivanje VN mreža najčešće korištene grupe spoja su:

Yy0 Yd5 Dy5

Yy0 – upotrebljava se za transformatore manjih snaga, pogotovo kada

su obje nultočke uzemljene bilo neposredno, bilo preko prigušnice

Dy5 ili Yd5 se koriste kada je potrebno u uzemljiti nultočku samo na

jednoj strani

Yd5 je povoljno koristiti za spoj elektrane s mrežom (tada se generator

spaja na namot spojen u trokut čime se postiže da treći harmonik koji se

pojavljuje pri magnetiziranju transformatora ne prelazi u mrežu)


Energetski transformatori Spoj tronamotnih transformatora

Tronamotni transformatori se sve više koriste,

pogotovo ako se radi o vrlo visokim naponima

- Yy0d5 – namoti najvišeg i srednjeg napona su spojeni na zvijezdu

koju je moguće uzemljiti (normalno se uzemljuju mreže višeg napona)

- Yy0d5 – koristi se i kada je uzmeljena samo jedna nultočka, odnosno

ako se predviđa priključak sinkronog kompenzatora (spaja se na namot

spojen u trokut)

- Yd5y0 – koristi se u elektranama za priključak vlastitog potroška

(generator je priključen na namot spojen u trokut)

- Yd5d5 – transformacija energije dvaju generatora preko jednog

transformatora (generatori su priključeni na namot spojen u trokut)


Energetski transformatori

Relativni napon kratkog spoja (uk)

- Prirodna karakteristika svakog transformatora koja proizlazi iz njegove izvedbe

(geometrije)

- U normalnom pogonu povoljniji je manji uk

- U uvjetima kratkog spoja povoljniji je veći uk

- Normalno se kreće između 3 i 20%

- Niže vrijednosti se odnose na transformatore manjih snaga

Promjena prijenosnog omjera (regulacija)

- Radi mogućnosti regulacije napona transformatori se izvode s određenim

brojem zavoja koji se mogu isključiti ili uključiti iz prijenosnog omjera

- Razlikujemo : - Transformatore s otcjepima

- Regulacijske transformatore


Energetski transformatori Promjena prijenosnog omjera (regulacija) (1)

Transformatori s otcjepima

- Prijenosni omjer je moguće mijenjati samo u beznaponskom stanju

- Obično se izvode s:

- 3 položaja preklopke:

- Npr. 30kV ± 5%/ 10,5 kV => 31.5/10.5 kV; 30/10.5 kV; 28.5/10.5 kV

- 5 položaja preklopke:

- Npr. 30 kV ± 2x5%/10.5 kV

- Uobičajeni otcjepi su ± 4% ili ± 5% (ali može i ± 2.5% ili ± 7.5%)

- S obzirom na konstrukciju transformatora izvedba otcjepa je nepovoljna

(aksijalne sile među namotima zbog nesimetrije namota, refleksija vala

prenapona na otvorenim otcjepima i sl.) pa je otcjepe potrebno

izbjegavati ako je moguće



Regulacijski transformator

- Moguće je mijenjati prijenosni omjer za vrijeme pogona

- Izvode s većim brojem stupnjeva regulacije nego transformatori s

otcjepima

- Uobičajeno se maksimalna regulacija kreće u granicama ± 10% ili ±

20%

- Pri tome je napon jednog stupnja regulacije 1.5 – 2%

- Npr. za 110 kV ± 10x1.5%/10.5 kV moguć je 21 položaj regulacijske

sklopke (od 126.5/10.5 kV do 93.5/10.5 kV)

- Regulacijska sklopka može se smjestiti i na VN i na NN stranu, ali

obično se smješta na VN stranu jer su tamo struje manje pa je

regulacijska sklopka jeftinija i lakša



Regulacijski transformator

- Izvedbe:

- Kao jedna jedinica u koju je smješten transformator i regulacijska sklopka

- Dvije jedinice – u jednoj se nalazi transformator fiksnog prijenosnog omjera, a

u drugoj autotransformator s regulacijskom sklopkom

(druga kombinacija je povoljnija glede sigurnosti pogona jer u slučaju kvara na

nekoj od komponenti druge jedinice, prva jedinica (transformator) ostaje u

pogonu)

- Primjena:

- HE – nije potrebno predvidjeti regulacijske transformatore jer se promjena

napona može postići regulacijom napona na generatoru

- TE – ekonomičnije je ostvariti veliki opseg regulacije napona regulacijskim

transformatorom nego izgradnjom generatora s mogućnošću takve regulacije


Energetski transformatori Hlađenje transformatora

Dvije razine hlađenja – unutrašnje i vanjsko

Npr. hlađenje prisilnom cirkulacijom ulja kroz hladnjak koji se

hladi prirodnim strujanjem zraka – OFAN (oil-forced air-natural)

Oznake hlađenja:

- 1. slovo – unutrašnji medij (ulje ili drugi nevodljivi fluidi)

- 2. slovo – način hlađenja (prirodno, prisilno, ...)

- 3. slovo – vanjski medij (zrak, voda)

- 4. slovo – (prirodno, prisilno)


Paralelan rad transformatora

Da bi bio moguć paralelan rad transformatora i

omogućilo se puno iskorištenje njihove nazivne snage,

potrebno je ispuniti sljedeće uvjete:

- Jednaki prijenosni omjeri

- Približno jednaki nazivni naponi

- Ista grupa spoja

- Približno jednaki relativni naponi kratkog spoja

- Omjer nazivnih prividnih snaga ne veći od 3:1


Paralelan rad transformatora Jednaki prijenosni omjeri (1)

Prazni hod: transformator s većim

sekundarnim naponom (30/10.5 kV)

protjerati će struju izjednačenja kroz oba

transformatora:

𝐼𝑎 =∆𝑉

2𝑍≈∆𝑉

2𝑋=∆𝑉

2𝑢𝑘⋅𝑆𝑛

𝑈𝑛2 =∆𝑉

𝑉𝑛⋅1

2𝑢𝑘⋅ 𝐼𝑛

𝐼𝑎𝐼𝑛=∆𝑉

𝑉𝑛⋅1

2𝑢𝑘⋅ 100 %

npr.

𝑢𝑘 = 5%, ∆𝑉

𝑉𝑛= 5%

𝐼𝑎𝐼𝑛= 50%

Ako su nejednaki prijenosni omjeri: npr. 30/10 i 30/10.5 kV

prazni hod opterećeni transformatori

Z Z Z Z

ΔVΔV

VV

Ia

-Ia

-Ia Ia

Ia

-Ia

l2

-Ia + l2

Ia +

I

I

I = 0

-Ia + I/2

I/2

-Ia + I/2

Ia + I/2

I/2


Paralelan rad transformatora Jednaki prijenosni omjeri (2)

Opterećeni transformatori: opterećivanjem

na sekundarnoj strani povećavati će se

opterećenja jednog, a smanjivati

opterećenje drugog transformatora

Prije nego što sekundarno priključeno

opterećenje dosegne vrijednost zbroja

njihovih nazivnih snaga doći do nazivnog

opterećenja prvog transformatora

Znači, mogućnost opterećivanja paralelno

spojenih transformatora nejednakih

prijenosnih omjera znatno je manja od

zbroja njihovih nazivnih snaga (tim više što

je ∆V razlika prijenosnih omjera veća, a uk

manji)

Ako su nejednaki prijenosni omjeri: npr. 30/10 i 30/10.5 kV

prazni hod opterećeni transformatori

Z Z Z Z

ΔVΔV

VV

Ia

-Ia

-Ia Ia

Ia

-Ia

l2

-Ia + l2

Ia +

I

I

I = 0

-Ia + I/2

I/2

-Ia + I/2

Ia + I/2

I/2


Paralelan rad transformatora Približno jednaki nazivni naponi

Nazivni naponi paralelno spojenih transformatora ne moraju

biti u potpunosti jednaki

Npr. mogu se paralelno spojiti dva transformatora jednakih

prijenosnih omjera, ali različitih nazivnih napona: 30/10 kV i

31.5/10.5 kV

Ako je pogonski napon višenaponske strane jednak višem

nazivnom naponu (31.5 kV), teći će nešto povećana struje

magnetiziranja kroz prvi transformator

Treba voditi računa da je transformator građen tako da može

izdržati pogon s naponom koji je do 5% viši od nazivnog


Paralelan rad transformatora Ista grupa spoja

Paralelnim spajanjem transformatora

različitih grupa spoja potekla bi velika struja

izjednačenja

Npr. za najmanji fazni pomak sekundarnih

napona (30°), razlika sekundarnih napona

(∆V/V)100% = 50%, pa bi struja

izjednačenja (npr. za uk = 10%) bila bi veća

od 2.5 In => nije moguć paralelan rad

transformatora različitih grupa spoja

Zamjenom stezaljki kod priključka na

sabirnice moguće je postići da se

transformator ponaša prema mreži kao da

je druge grupa spoja (npr. na slici su

prikazani razni priključci Yd11

transformatora tako da se on ponaša prema

mreži kao da je u spoju Yd5)

RST

RST

A B C A AA B B BC C C

a b ca a ab b bc c c

Yd5 Yd11 Yd11 Yd11

R(A)

S(B)

T(C) R(A)

S(C)

T(B) R(C)

S(B)

T(A) R(B)

S(A)

T(C)

S(b)

T(c)

R(a)

S(b)

T(a)

R(c)

S(a)

T(c)

R(b)

S(b)

T(b)

R(a)


Paralelan rad transformatora Približno jednaki rel. naponi kratkog spoja (1)

Ako relativni naponi kratkog spoja nisu

jednaki:

𝐼1𝑍1 = 𝐼2𝑍2 = ⋯ = 𝐼𝑛𝑍𝑛

𝑍𝑖 =𝑢𝑘𝑖100⋅𝑈𝑛2

𝑆𝑛𝑖

𝐼𝑖 =𝑆𝑛𝑖

3𝑈𝑛

𝑢𝑘1𝑆𝑛1⋅ 𝑆1 =

𝑢𝑘2𝑆𝑛2⋅ 𝑆2 = ⋯ =

𝑢𝑘𝑛𝑆𝑛𝑛⋅ 𝑆𝑛

𝑖 = 1, . . 𝑛

Opterećenje među transformatorima s jednakim relativnim naponom kratkog spoja

(uk1 = … = ukn) dijeli se proporcionalno nazivnim snagama transformatora, zbog

čega je transformatore moguće opteretiti snagom koja odgovara zbroj nazivnih

snaga pojedinih transformatora

I1

I

I2 I3 In

ZnZ3Z2Z1ΔV


Paralelan rad transformatora Približno jednaki rel. naponi kratkog spoja (2)

Ako relativni naponi kratkog spoja nisu jednaki:

- Maksimalno dopušteno opterećenja grupe:

𝑆max = 𝑢𝑘 min ⋅ 𝑆𝑛𝑖𝑢𝑘𝑖

𝑛

𝑖=1

𝑆𝑖𝑆𝑛𝑖=

𝑆max𝑢𝑘𝑖

𝑆𝑛𝑗𝑢𝑘𝑗

𝑛𝑗=1

- Tada je transformator s najmanjim relativnim naponom kratkog spoja nazivno opterećen

- Gornji izraz vrijedi i sasvim općenito za neko opterećenje S ≤ Smax na sekundarnoj strani

- Paralelno spajanje transformatora za koje je najveća pojedinačna razlika relativnih napona

kratkog spoja veća od 10% aritmetičke sredine svih relativnih napona kratkog spoja, kao

trajno rješenje nije opravdano iz ekonomskih razloga zbog nemogućnosti iskorištenja

njihove pune snage (zbroj nazivnih snaga pojedinih transformatora u paralelnom radu)


Paralelan rad transformatora Omjer naz. prividnih snaga ne veći od 3:1 (1)

Jednakost padova napona u paralelno spojenim transformatorima po

iznosu i po fazi biti će postignuta samo ako je omjer R/X svih

transformatora jednak

Taj je uvjet normalno ispunjen u transformatorima približno jednakih

nazivnih

Ako je omjer nazivnih snaga veći od 1:3, postojati će velika razlika između

omjera R/X u transformatorima i pored toga što su im relativni naponi

kratkog spoja jednaki, pa će se pojaviti struja izjednačenja već u praznom

hodu


Paralelan rad transformatora Omjer naz. prividnih snaga ne veći od 3:1 (2)

Slika prikazuje padove napona u dva

transformatora:

Iste nazivne snage

Istih relativnih napona kratkog spoja

Različitih omjer R/X

Uz pretpostavku da kroz oba transformatora

teku jednake struje, što bi bilo poželjno s

obzirom na mogućnost iskorištenja

transformatora

Na sekundaru se javljaju različiti naponi V21 i

V22, pa će u paralelnom spoju razlika

napona 𝛿V protjerati struju izjednačenja

kroz transformatore


Mjerni transformatori Uvod

Uređaji za mjerenje i zaštitu, bez obzira na naponsku razinu, se ne

priključuju direktno na vodove jer bi to znatno poskupilo njihovu izvedbu

- Visoki naponi: izolacija, dimenzije instrumenata i releja

- Velike struje: presjeci vodiča, sile među vodičima

Stoga se upotrebljavaju mjerni transformatori koji pogonske napone

(naponski mjerni transformatori) i struje (strujni mjerni

transformatori) transformiraju na standardne vrijednosti:

- Struje do 5A (1A)

- Naponi do 100 V

Na taj način se instrumenti i releji mogu standardizirati što znatno

pojednostavljuje njihovo projektiranje i proizvodnju


Strujni mjerni transformatori Način rada (1)

Kao i Energetski transformatori imaju primarni i

sekundarni namot s željeznom jezgrom od limova

(slika a)

Primarni se namot spaja u seriju s potrošačima pa

je na taj način struja kroz taj namot gotovo

neovisna o teretu na sekundarnoj strani

Na slici b prikazana je ekvivalentna shema

strujnog mjernog transformatora, a na slici c

prikazana je shema istog transformatora uz

pretpostavku prijenosnog omjera 1:1

𝑛1 𝑰𝟏 − 𝑰𝟎 = 𝑰𝟐𝑛2 ⇒ 𝑰𝟐 = 𝑰𝟏 − 𝑰𝟎𝑛1𝑛2

𝑬𝟐 = 𝑰𝟐 𝒁𝟐 + 𝒁

𝑬𝟏 = 𝑰𝟎𝒁𝟎

U1

I2

U2

I1

Z

a)

b)

c)

U2Z0

U2

U1

U1

I1

I2

Z1 Z2

E1

Z0

Z

Z1 Z2

Z

I0

I1 – I0

E2

I2

I2 I1

I0

E



𝑬𝟏𝑛2 = 𝑬𝟐𝑛1

𝑰𝟎𝒁𝟎𝑛2 = 𝑰𝟐 𝒁𝟐 +𝒁 𝑛1

𝑰𝟎 =𝑰𝟐𝒁𝟎𝑛2

𝒁𝟐 + 𝒁 𝑛1

𝑰𝟎 =𝑛1𝑛2

𝒁 + 𝒁𝟐𝒁𝟎𝑰𝟏 − 𝑰𝟎

𝑛1𝑛2=𝑛1𝑛2

2𝒁 + 𝒁𝟐𝒁𝟎𝑰𝟏 − 𝑰𝟎

𝑰𝟎 = 𝑰𝟏𝑛12 𝒁 + 𝒁𝟐

𝑛22𝒁𝟎 + 𝑛1

2 𝒁 + 𝒁𝟐

=𝑰𝟏

1 +𝑛1𝑛2

2 𝒁𝟎𝒁 + 𝒁𝟐

= 𝑓 𝒁 ⇒ 𝑼𝟏 = 𝑓 𝒁

Struja magnetiziranja uz konstantnu primarnu struju I1 ovisi o impedanciji

priključenoj na sekundarnoj strani: Z raste → I0 raste



Usporedba SMT s energetskim transformatorom

za energetski transformator su U1 i I0 neovisni o impedanciji tereta priključenog na

sekundarnu stranu

Iz tih razlika slijedi i različito ponašanje ovih transformatora u praznom hodu i

kratkom spoju na stezaljkama sekundarne strane

Prazni hod SMT-a:

- Kroz primarni namot teče struja I1 koju trebaju potrošači, pa kako u sekundarnom namotu nema struje,

niti protjecanja koje bi se suprotstavilo protjecanju primarne struje, ukupna struja I1 = I0 služi za

magnetiziranje jezgre

- Tolika struja magnetiziranja, kad primarna struja ostane u granicama nazivne vrijednosti, dovesti će do

znatnog povećanja indukcije u željeznoj jezgri

- Posljedično dolazi do:

- Povećanje gubitaka u željezu

dolazi do zagrijavanja jezgre, pa može doći i do izgaranja izolacije, te da željezni limovi promijene magnetska svojstva

- Povišenje napona na stezaljkama SMT-a

što može ugroziti izolaciju SMT-a i dovesti u opasnost osoblje


Strujni mjerni transformatori Prazni hod

Kod energetskog transformatora su tok 𝚽 i

elektromotorna sila e sinusne veličine, dok

struja magnetiziranja sadrži osim osnovnog

vala i valove trostruke i viših frekvencija

Kod SMT-a u praznom hodu je struja I0 = I1

sinusna – zato tok tok 𝚽 i elektromotorna

sila e ne mogu biti sinusni radi oblika krivulje

magnetiziranja (petlje histereze)

radi nagle promjene toka u području u

kojem je tok blizu vrijendnosti nula, dolazi

do znatnih napona (e = -d𝚽/dt)

Stoga se ne smije ostavljati otvoren

sekundarni namot SMT-a

Φ

i

i

e’

Φ

Φ’

e

t


Strujni mjerni transformatori Kratki spoj

Nema nikakve opasnosti po SMT ako se njegove sekundarne stezaljke kratko

spoje

𝒁 = 0

𝑰𝟐 = 𝑰𝟏 − 𝑰𝟎𝑛1𝑛2

𝑬𝟐 = 𝑰𝟐 ⋅ 𝒁𝟐 =𝑛2𝑛1𝑰𝟎𝒁𝟎 ⇒ 𝑰𝟎 =

𝑛1𝑛2⋅𝒁𝟐𝒁𝟎𝑰𝟐

𝒁𝟐 ↓↓⇒ 𝑰𝟎 ↓↓ ⇒ 𝑰𝟐 ≅ 𝑰𝟏𝑛1𝑛2

Sekundarna struja ovisi samo o primarnoj struji (što je Sn prividna nazivna snaga

SMT-a veća ovaj je izraz točniji)

Zaključak: SMT je moguće ostaviti trajno u pogonu s kratko spojenim

sekundarnim stezaljkama jer će pri tome struja na sekundarnoj strani biti tek

neznatno veća od struje u normalnom pogonu uz priključenu impedanciju Z


Strujni mjerni transformatori Osnovni podaci (karakteristike)

Prijenosni omjer

Strujna pogreška

Kutna pogreška

Klasa točnosti

Strujni višekratnik

Nazivni teret ili nazivna

snaga transformatora


Strujni mjerni transformatori Prijenosni omjer

Omjer primarne i sekundarne nazivne struje

(ne odgovara omjeru broja zavoja zbog struje magnetiziranja I0)

Prema primarnoj nazivnoj struji SMT-a se odabire tako da ona bude neposredno

veća od maksimalne pogonske struje u dijelu mreže gdje se SMT priključuje (treba

izbjegavati velike razlike između I1n i Imaxpog) jer su time veće strujne pogreške

SMT-a

Standardne vrijednosti primarnih struja:

- m*10, m*15, m*20, m*30, m*50, m*75 (A) m = 1, 10, 100

Standardne vrijednosti sekundarnih struja:

- 5 (1) A

- 1A se koristi samo kada je duljina vodova između SMT-a i uređaja (mjernih ili

zaštitnih) velika – na taj je način za iste I2R gubitke potreban manji presjek

vodova u sekundarnom krugu


Strujni mjerni transformatori Pogreške

Strujna pogreška

- Definicija:

∆𝑖 =𝐾 ⋅ 𝐼2 − 𝐼1𝐼1

⋅ 100%

- K je prijenosni omjer

(omjer primarne i sekundarne nazivne struje)

- I1 i I2 su apsolutne vrijednosti primarne i sekundarne

struje

Kutna pogreška

- Definirana je kutom između primarne i sekundarne

struje (pozitivna je ako sekundarna struja prethodi

primarnoj)


Strujni mjerni transformatori Klasa točnosti (kl) (1)

Kada bi SMT bio izveden s prijenosnim omjerom

K jednakim omjeru broj zavoja sekundarne i

primarne strane (n2/n1), strujna pogreška bi

stalno bila negativna

∆𝑖 =𝐾 ⋅ 𝐼2 − 𝐼1𝐼1

⋅ 100

𝐼2 =𝑛1𝑛2𝐼1 − 𝐼0 =

𝐼1 − 𝐼0𝐾⇒ ∆𝑖 =

𝐼1 − 𝐼0 − 𝐼1𝐼1

= −𝐼0𝐼1< 0

Ako SMT ima manji broj zavoja na sekundarnoj strani (K > n2/n1), onda vrijednost

od ∆i može biti i pozitivna, ali i nula za neku vrijednost od I1

∆𝑖 =𝐾 ⋅ 𝐼2 − 𝐼1𝐼1

= 𝐾𝑛1𝑛21 −𝐼0𝐼1− 1 ≷ 0

dozvoljena granica pogreške

dozvoljena granica pogreške

pogreške uz smanjeni

broj zavoja sekundarnog namota

pogreška kad je omjer zavoja

jednak prijenosnom omjeru struje

+Δi

0 I1

%


Strujni mjerni transformatori Klasa točnosti (kl) (2)

Odgovara maksimalno dopuštenoj strujnoj

pogrešci SMT-a pri nazivnoj struji i

nazivnom teretu

Npr. SMT klase točnosti kl = 0.1 ima

dozvoljenu strujnu pogrešku ∆i ±0.1% pri In i

Zn

Razlikujemo slijedeće klase točnosti:

0.1; 0.2; 0.5; 1; 3; 5

Osim pri nazivnoj struji definiranu su i

maksimalno dozvoljene strujne pogreške i

pri primarnim strujama I1 < I1n

kl 1

kl 0,5

kl 0,2kl 0,1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2× In

+Δi%

± 2,0

± 1,5

± 1,0

± 0,5

kl 1

kl 0,5

kl 0,2kl 0,1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,2× In

ᵟ

± 120'

± 90'

± 60'

± 30'


Strujni mjerni transformatori Strujni višekratnik (n) (1)

Njime je opisano “ponašanje” SMT-a pri primarnim strujama

puno većim od nazivne vrijednosti, I1n

Povećanjem primarne struje, uz konstantnu impedanciju na

sekundarnoj strani, raste pogreška SMT-a

Ako primarna struja toliko naraste da indukcija znatno prijeđe

koljeno na krivulji magnetiziranja, porast sekundarne biti će

proporcionalan s porastom primarne struje, jer će se tad

transformator ponašati kao da željeza nema

Na slici je prikazana ovisnost relativne sekundarne struje

(I2/I2n) o relativnoj primarnoj struji (I1/I1n)

Crtkani pravac prikazivao bi ovisnost relativnih struja kada ne

bi bilo struje pogreške (∆i = 0)

I2 In2

I 1

0

1

f

=

I1 In1

1

Δi=

0 I n

1

I 2

I n2

I2 In2

= ( ) I1 In1

Nadstrujna karakteristika SMT-a



Def: strujni višekratnik (n) je višekratnik primarne nazivne struje pri kojem je

strujna pogreška, uz sekundarno priključenu nazivnu impedanciju, 10%

Strujni višekratnik je definiran apscisom točke u kojoj se nadstrujna karakteristika

siječe s pravcem ∆i = 10% (npr. na slici su prikazane nadstrujne karakteristike

dva SMT s n = 4 i n = 10)

a)

15

n=4

10

5

3,6

0 4

5

10 15

Δi=

0

Δi=

10%

I1 In1

In2/

/

b)

15

n =10

10

50

5

10 15

Δi=

0

Δi=

10%

I1 In1

I2 In2/

/

9



Strujni višekratnik ovisi o impedanciji priključenoj na

sekundarnu stranu

Ukoliko na sekundarnu stranu nije priključena nazivna

impedancija Zn, već Z1, novi strujni višekratnik, n1

iznosi:

𝑛1 ≅ 𝑛𝑍𝑛𝑍1

Na slici je prikazan utjecaj sekundarno priključenog

tereta na strujni višekratnik SMT-a

- Izborom SMT-a s malim strujnim višekratnikom štite se

priključeni uređaji od prevelikih struja što je interesantno

ukoliko je riječ o mjernim instrumentima (n<5)

- Ta je zaštita samo prividna ukoliko je impedancija

priključenih instrumenata manja od nazivne impedancije

SMT-a

25

20

50

5

10 15

Δi=

0

I1/In1

Δi=

10%

15

10

20

n=

4,5

n=

7,2

n=

10

,0

n=

15

,4

Zn =3,6 Ω

Z =2,4 Ω

Z =4,8 Ω

Z =7,2 Ω

I2/In2



Radi toga je potrebno ukoliko priključeni instrumenti nemaju dovoljno

veliku impedanciju, u seriju s njima priključiti dodatnu impedanciju

Ukoliko se na sekundarnu stranu SMT-a priključuju zaštitni uređaji, radi

njihova ispravnog djelovanja potreban je “vjeran” prijenos i velikih

primarnih struja na sekundarnu stranu (npr. struje kvara u primarnom

krugu)

Stoga se za zaštitne uređaje koriste SMT-ovi s strujnim višekratnikom:

- 5 < n < 10 nadstrujni i termički releji

- n > 10 diferencijalni releji

- 10 << n < 20 distantni releji


Strujni mjerni transformatori Nazivni teret Zn ili nazivna snaga Sn

S obzirom da o sekundarno priključenoj impedanciji (teretu) ovisi struja magnetiziranja (pa

time i pogreška SMT-a), potrebno je prilikom odabira SMT-a poznavati kakvi će instrumenti

ili releji biti priključeni na sekundarnu stranu SMT-a, jer o tome ovisi njegova konstrukcija

𝑃2 = 𝐼22 𝒁 + 𝒁𝟐 = 4.44 ⋅ 𝐼2 ⋅ 𝐵 ⋅ 𝑓 ⋅ 𝑞 ⋅ 𝑛2

Što je veći teret na sekundarnoj strani (uređaji se uvijek spajaju u seriju kako bi njima

tekla ista struja I2), potrebna je veća snaga P2 SMT-a => ako želimo zbog struje

magnetiziranja (strujne pogreške) magnetsku indukciju održati malom to onda znači da je

potrebno povećati presjek jezgre SMT-a

Nazivnu sekundarnu snagu, odnosno maksimalnu snagu kojom je moguće opteretiti

SMT ako se žali ostati u granicama struje pogreške, moguće je definirati na dva načina:

- Stariji: pomoću nazivne impedancije Zn

- Noviji: pomoću nazivne snage Pn2

- Pri čemu vrijedi:

𝑃𝑛2 = 𝐼𝑛22 ⋅ 𝑍𝑛 𝑉𝐴


Strujni mjerni transformatori Granične struje

Termička granična struja

- Maksimalna efektivna vrijednost primarne struje koju SMT uz kratko spojene sekundarne

stezaljke može izdržati 1s, a da se pri tome prekomjerno ne zagrije

Iter = (60-120) In1

- Ako kratki spoj traje t sekundi onda je termička granična struja I’ter:

𝐼′𝑡𝑒𝑟 =𝐼𝑡𝑒𝑟

𝑡

Dinamička granična struja:

- Tjemena vrijednost struje kratkog spoja koju SMT može izdržati uz kratko spojene

sekundarne stezaljke, a da ga ne oštete sile koje se pri tome javljaju

Idin = (200-250) In1

- Za mjesto priključka SMT-a mora vrijediti: 𝐼𝑢 ≤ 𝐼𝑑𝑖𝑛


Strujni mjerni transformatori Izvedba (1)


Strujni mjerni transformatori Izvedba (2)

Suhi

- Porculanski izolator

- Sekundarni namot sa željeznom

jezgrom u poprečnoj rupi

- Malih dimenzija

- Može se montirati u bilo kojem

položaju

- Izrađuje se za nazivne napone do 35

kV

- Samo za unutrašnju montažu

R. Končar, suhi SMT, 10 kV


Strujni mjerni transformatori Malouljni

Za napone 60 kV i više, namoti i

jezgra nalaze se u izolatoru

Novije izvedbe - namoti i jezgra

nalaze se u kotlu na dnu izolatora

Oba izvoda prolaze paralelno kroz

zajednički izolator

Za napone do 35 kV izvedba sa

metalnim kotlom

R. Končar, malouljni SMT, 10 kV

R. Končar, malouljni SMT, 220 kV


Strujni mjerni transformatori Zamkasti

Primarni namot se namata kroz dva provodna

izolatora

Zbog velikih mehaničkih naprezanja unutar zamke

pri kratkom spoju, provodni se izolatori pojačavaju

metalnom konstrukcijom na glavama i sredini

Ugrađuju se tamo gdje je nepovoljna štapna

izvedba radi malih primarnih struja ili gdje je

potrebna mogućnost prespajanja na primarnoj

strani (moguće je izvesti, ali je složeno zbog ulaza

na jednoj a izlaza namota na drugoj strani)

Može se montirati u bilo kojem položaju

Izvodi se za nazivne napone do 35 kV R. Končar, zamkasti SMT, 10 kV


Strujni mjerni transformatori Štapni

Primarni namot ima jedan vodič

Koriste se gdje god je to moguće s obzirom na veličinu

primarne struje jer imaju gotovo beskonačno veliku

dinamičku graničnu struju

Za male primarne struje štapni SMT ima i malo

amperzavoja (n1 = 1), pa su nepovoljni ako je potrebna

veća nazivna snaga

𝑃2 = 4.44 ⋅ 𝐼1 ⋅ 𝐵 ⋅ 𝑓 ⋅ 𝑞 ⋅ 𝑛1

Normalno se izvode za primarne nazivne struje od 100 A

i više

Mogu se prespajati samo sekundarno

Mogu se ugraditi u bilo kojem položaju

Normalno se izvode za napone do 35 kV

R. Končar, štapni SMT, 35 (30) kV


Strujni mjerni transformatori Shema spoja

Spojevi SMT-a za mjerenje:

a) U jednoj fazi

b) U dvije faze

c) U tri faze

U svim slučajevima, jedna od

sekundarnih stezaljki, kao i

metalno kućište, spojena je na

stezaljku za uzemljenje da bi se

poslužno osoblje zaštitilo u slučaju

spoja između primarnog i

sekundarnog namota

A

T RS

A A

A A

iT

iR

iS

iR+iT

iR+iS+iT =0

iT

iR

iR

iT iR+iT

A

a)

b)

c)


Naponski mjerni transformatori Način rada

Izvedba “kao i normalan energetski

transformator”

Priključen paralelno potrošačima na gotovo

konstantan napon (neovisan o impedanciji

priključenoj na sekundarni namot NMT-a)

Osnovna razlika spram energetskog

transformatora– relativno je slabo opterećen kako

bi pogreška mjerenja bila što manja

Struja magnetiziranja je ovisna samo o

primarnom naponu


Naponski mjerni transformatori Osnovne karakteristike

Prijenosni omjer

Naponska pogreška

Klasa točnosti

Kutna pogreška

Nazivni teret ili snaga

NMT-a


Naponski mjerni transformatori Prijenosni omjer

Omjer nazivnog primarnog i nazivnog sekundarnog napona

Nazivni primarni napon je jednak linijskom nazivnom

naponu mreže

(npr. 110 kV) ako se radi o dvofazno izoliranom NMT-u

Nazivni primarni napon je jednak faznom nazivnom naponu

mreže

(npr. 110/√3 kV) ako se radi o jednofazno izoliranom NMT-

u

U prvom slučaju je sekundarni nazivni napon 100 V,

a u drugom slučaju 110/√3 V


Naponski mjerni transformatori Pogreške i klasa točnosti

Naponska pogreška:

- Definicija:

∆𝑢 =𝐾 ⋅ 𝑈2 − 𝑈1𝑈1

⋅ 100%

- K = prijenosni omjer NMT-a = U1n/U2n

Kutna pogreška

- Definira se analogno kutnoj pogrešci SMT-a

- Razlika kuta sekundarnog i primarnog napona

Klasa točnosti

- Jednaka je maksimalno dozvoljenoj naponskoj pogrešci kada je primarni napon u granicama 0.8 - 1.2

U1n

- Prema VDE razlikujemo slijedeće klase točnosti NMT-a:

- 0.1 0.2 0.5 1 3

- Dopuštene kutne pogreške za te klase točnosti su:

- 5´ 10´ 20´ 40´ (za klasu točnosti 3 nije definirana dozvoljena kutna pogreška)


Naponski mjerni transformatori Nazivna snaga

Maksimalna snaga instrumenata na sekundarnoj strani kojom je moguće

opteretiti NMT, a da naponska i kutna pogreška ostanu u granicama

vrijednosti definiranih klasom točnosti

Pri većim opterećenjima raste naponska pogreška NMT-a (npr. za

opterećenje koje je dva puta veće od nazivnog, naponska pogreška može

biti tri puta veća od one dopuštene klasom točnosti)

Realno je granična termička snaga, kojom je moguće trajno opteretiti

NMT, a da se pri tome ne zagrije iznad dopuštene vrijednosti, nekoliko

puta veća od njegove nazivne snage


Naponski mjerni transformatori Izvedba (1)



Dvofazno izolirani – ima dva visokonaponska priključka

Jednofazno izolirani – ima samo jedan visokonaponski priključak (drugi je

kraj visokonaponskog namota spojen s metalnim kućištem i uzemljen)

R. Končar, malouljni dvofazno izolirani NMT,

35 (30) kV

R. Končar, malouljni jednofazno izolirani NMT,

35 (30) kV



Oba tipa mogu se upotrijebiti za

mjerenje u trofaznom sustavu i to

spajanjem u slog naponskih

transformatora

Da bi se ostvario slog naponskih

transformatora, potrebna su:

dva dvofazno izolirana NMT-a ili

tri jednofazno izolirana NMT-a

U prvom slučaju mogu se mjeriti samo

linijski naponi

U drugom slučaju mogu se mjeriti i

linijski i fazni naponi

TR S slog dvopolno izoliranih

naponskih transformatora

URS URT

UST

V v

uU

U1 / 100 V

V v

uUa)

b)

TR S

u

U xX

X

X

x

x

u

u

U

U

URTURS

UST

slog jednopolno izoliranih

naponskih transformatora

VT

VR

VS



Suhi NMT-ovi se izvode za napone do 3 kV

Za napone do 35 kV NMT-ovi se izvode kao uljni ili

malouljni (prednost ima uporaba malouljnih radi

manje opasnosti od zapaljenja ili eksplozije

Za unutarnju montažu i napone do 35 kV izvode

se i NMT-ovi s izolacijom od umjetnih smola

Za napone do 35 kV upotrebljavaju se i jednofazno

i dvofazno izolirani NMT-ovi

Za napone iznad 35 kV ekonomičnija je uporaba

sloga od tri jednofazno izolirana NMT-a jer najveći

dio troškova otpada na izolatore R. Končar, malouljni jednofazno

izolirani NMT, 220 kV

Električna postrojenja Sekundarni sustavi u električnim postrojenjima* Prof. dr. sc. Slavko Krajcar; Prof. dr. sc. Marko Delimar

*Korišteni materijali Prof.dr.sc. Ante Marušić


Principna shema sustava zaštite i vođenja DV polja

ST

NT

P

R11 R12

R3

R2

S1

S2

3 50Hz, 110 kV

OP

~

800/5/5 A

110/3 / 0,1/3 / 0,1/3

DV

ZAŠTITA MJERENJE

IsključenjeUpravljanje

VOÐENJE

Nadzor

-Q1

-Q0

-T1

-T5

-Q9

-Q8

DV POLJE


Sekundarni sustavi u postrojenju

Signalizacija (svjetlosna, zvučna, ekranska; lokalna/daljinska)

Mjerenje (pogonsko, obračunsko)

Upravljanje (upravljanje aparatima, blokade)

Regulacija i lokalna automatika (transformatora)

Zaštita (transformatora, vodova, ...)

Nadzor (transformatora, prekidača, ees-a)


Pomoćni strujni krugovi i uređaji u elektroenergetskom postrojenju

Pomoćni strujni krugovi aparata

Akumulatorska baterija

Izvori izmjeničnog napona (SN ili NN mreža, transf. vlastite potrošnje, DEA,

DC/AC pretvornik)

Razvodna ploča (ormar) vlastite potrošnje

Razvod istosmjernog napona

Razvod izmjeničnog napona

Komunikacijski sustav

Sustav za gašenje požara TR, GEN (CO2, H20)

Kompresorsko postrojenje

Razvod komprimiranog zraka


Sekundarni sustavi na razini polja

Na razini vodnog polja

- Zaštita voda (distantna, nadstrujna, zemljospojna, termička, APU, ...)

- Lokalno / daljinsko upravljanje

- Mjerenje izmjeničnih veličina (U, I, P, Q, f) i nadzor izmjerenih podataka (min/max)

- Registracija događaja u vezi s djelovanjem zaštite, nadzorom i upravljanjem

- Lokalno sučelje, komunikacija s nadređenom razinom, samonadzor

- Signalizacija događaja u pomoćnim postrojenjima

Na razini transformatorskog polja

- Zaštita transformatora (diferencijalna, nadstrujna, termička, zaštita otpornika za uzemljenje, zaštita od

otkaza prekidača, zaštita od nesklada polova, Buchholz, kontaktni termometar, termo slika)

- Lokalna regulacija napona i jalove snage

- Lokalno / daljinsko vođenje

- Mjerenja (U, I, P, Q), nadzor izmjerenih podataka, lokalni nadzor toka snage

- Obračunsko mjerenje

- Registracija događaja vezi s djelovanjem zaštite, nadzorom i upravljanjem

- Lokalno sučelje, komunikacija s nadređenom razinom, samonadzor


Sekundarni sustavi na razini postrojenja

Na razini postrojenja

- Komunikacija s nadređenom razinom vođenja

- Komunikacija sa sekundarnim podsustavom i uređajima na razini polja

- Komunikacija pomoću lokalnog korisničkog sučelja

- Zaštita na razini postrojenja (zaštita sabirnica, zaštita od otkaza prekidača)

- Nadzor i upravljanje na razini postrojenja

- Prikupljanje i lokalna obrada podataka

- Izvođenje blokada u sustavu upravljanja

- Mjerenja napona i frekvencija

- Samonadzor i održanje baze podataka

- Podfrekvencijsko rasterećenje i kompenzacija jalove snage na

srednjenaponskim sabirnicama


Sustav zaštite i vođenja

Nadzor i upravljanje trebaju biti organizirani hijerarhijski na tri razine:

- Razina polja,

- Razina objekta i

- Razina nadređenog centra.

Funkcije nadzora i upravljanja, te zaštite, na VN razini,moraju biti potpuno odvojene i

nezavisne jedna o drugoj i raditi potpuno.

Na razini polja upravljanje aparatima i osnovna pokazna mjerenja moraju biti uvijek

raspoloživa čak i u slučaju kvara dijela ili cijelog sustava nadzora i upravljanja.

Blokade su sastavni dio nadzora i upravljanja.

Nadzor i upravljanje se uvijek moraju tretirati tako da se osigura funkcionalnost cijelog

sustava, od polja preko objekta do nadređenog centra.

Rješenje zaštite, nadzora, upravljanja i mjerenja projektira se uvijek tako da se jednostavno

može proširivati dodavanjem novih polja i funkcija, a da se pri tome ne narušava do tada

postignuta funkcionalnost sustava.


Upravljanje

Razine upravljanja su organizirane strogo hijerarhijski. U svakom trenutku treba poštovati

princip subordinacije, tj. u istom trenutku nadležnost za upravljačkom akcijom može biti

pridodijeljena samo jednoj razini. Najviši prioritet ima najniža razina (lokalno na razini

polja) i uvijek niža razina višeg prioriteta može oduzeti nadležnost višoj razini nižeg

prioriteta, dok obrat ne vrijedi.

Svi procesni podaci raspoloživi na razini objekta istodobno su raspoloživi i za funkciju

daljinskog upravljanja u nadređenom centru. Postrojenje se povezuje s nadređenim centrom

na prijenosnoj razini uvijek preko dva neovisna komunikacijska puta, uz omogućen

automatski izbor prijenosnog puta.

Blokade su sastavni dio upravljanja. Uzdužne i poprečne blokade bilo na razini polja ili

cijelog objekta rješavaju se ožičenjem i/ili programski. Pri tome treba biti omogućeno da

se u izvanrednim pogonskim uvjetima, uz prethodnu autorizaciju pristupa, neposredno

upravljanje aparatima provede bez prethodne provjere zadovoljenja uvjeta blokade.

Opće je pravilo da se sve izdane komande na svim razinama i upravljačkim mjestima u

normalnom pogonu moraju prije izvršenja podvrgnuti provjeri zadovoljenja svih unaprijed

zadanih uvjeta blokada.


Nadzor

Funkcija nadzora ostvaruje se na svim razinama, uz napomenu da je

nadzor moguć istodobno na svim razinama. Pravilo je da niti jedno

stanje koje bi moglo ugroziti siguran rad i pogon ne smije ostati

neregistrirano. Svi događaji se bilježe i arhiviraju na jednom od

raspoloživih medija u samom objektu.

Unapređenje funkcije nadzora ostvaruje se kroz mogućnost trajnog

bilježenja procesnih podataka u objektu i njihov dohvat s udaljenih

lokacija. Arhivirani podaci se koriste za naknadne analize djelovanja

zaštite, pogonskih događaja, te pri održavanju.


Mjerenja

Pogonska mjerenja (energetska mjerenja)

Obračunska mjerenja

Pogonska mjerenja su sva ona mjerenja koja su u funkciji vođenja EES-

a, tj. samog objekta i prikazuju se na svim razinama

Obračunska mjerenja služe isključivo za funkciju obračuna električne

energije i nisu izravno uključena u sustav nadzora i upravljanja, nego su

uključena u sustav za prikupljanje, daljinski prijenos i obradu obračunskih

i energetskih podataka u prijenosnoj mreži HEP-a


Komunikacija

Komunikacija unutar objekta se rješava pomoću ožičenih ili optičkih veza bilo kao

lokalna mreža (LAN) ili veza točka-točka vrlo visoke raspoloživosti i kvalitete. Za

komunikaciju s numeričkom uređajima (npr. zaštitom) danas se najčešće koriste

optičke veze.

Komunikacijski protokoli moraju odgovarati međunarodnim IEC standardima,

odnosno normama (npr. IEC 61850).

Pri rješenju ovog sustava, zbog izrazito narasle potrebe za komunikacijama na

lokalnoj razini potrebno je posvetiti posebnu pozornost broju podataka koji se

može pojaviti u havarijskom slučaju.

Ni u kom slučaju se ne smije dogoditi da zbog problema u komunikaciji na lokalnoj

razini dođe u pitanje bilo koja funkcija lokalnog ili daljinskog sustava upravljanja i

nadzora.

Zato treba koristiti komunikacijska rješenja koja višestruko nadmašuju (faktor

1000) izračunati informacijski promet.


Sretan Božić i Nova Godina


Rado odgovaramo na pitanja …

Hvala na pozornosti

Documents

Električna postrojenja- nastavak