Mr.sc. Davor Petranović Predavanja iz predmeta: „Transformatori“, 2012./2013. 1. MJERNI TRANSFORMATORI 1.1. Općenito Mjerni transformatori reduciraju visoke napone ili velike struje na vrijednosti koje su prikladne za napajanje mjernih instrumenata, brojila i zaštitnih uređaja. Galvanskim razdvajanjem primarnih i sekundarnih namota mjernih transformatora ujedno se odvajaju i izoliraju mjerni i zaštitni krugovi električnih postrojenja od napona mreže. Zbog relativno male snage priključene na sekundarne stezaljke, a u skladu s načinom priključivanja primarnog namota na mrežu, strujni transformator radi praktički kao transformator u kratkom spoju, a naponski transformator kao transformator u praznom hodu. Opći tehnički uvjeti i standardne vrijednosti definirani su u normama: HRN EN 60044-1 (strujni transformatori) HRN EN 60044-2 (induktivni naponski transformatori) HRN EN 60044-3 (kombinirani mjerni transformatori) HRN EN 60044-5 (kapacitivni naponski transformatori) 1.2. Strujni transformatori Važniji pojmovi i karakteristike: Nazivni omjer transformacije Kn je omjer između nazivne primarne struje Ipn u A i nazivne sekundarne struje Isn u A. Nazivna snaga Sn je prividna snaga u VA uz propisani faktor snage, koju transformator daje sekundarnom strujnom krugu pri nazivnoj sekundarnoj struji i nazivnom teretu. Teret je impedancija u Ω priključena na sekundarne stezaljke transformatora. Nazivna kratkotrajna termička struja Ith je efektivna vrijednost primarne struje u kA koju transformator može bez oštećenja podnijeti u trajanju 1 sekunde pri kratko spojenom sekundarnom namotu. Nazivna dinamička struja Idyn je najveća trenutna vrijednost primarne struje u kA koju transformator pri kratko spojenom sekundarnom namotu može podnijeti bez električnih i mehaničkih oštećenja uslijed elektromagnetskih naprezanja. Vrijednost Ith u kA označena je na natpisnoj pločici strujnog transformatora. Uobičajen je omjer Idyn/Ith=2.5, pa se vrijednost Idyn u kA navodi na natpisnoj pločici samo onda, ako se razlikuje od 1,8⋅√2⋅Ith=2.5⋅Ith. Ith mora biti veća od efektivne struje kratkog spoja na mjestu ugradnje, a Idyn mora biti veća od amplitude udarne struje kratkog spoja na mjestu ugradnje. Strujna pogreška pi je pogreška koju transformator unosi u mjerenje struje. Izražava se u postocima primarne struje prema izrazu:

%100⋅−⋅

=p

psni I

IIKp (1.1)

Kn - nazivni omjer transformacije Ip - efektivna vrijednost primarne struje u A Is - efektivna vrijednost sekundarne struje u A. Fazna pogreška δi je fazna razlika između vektora sekundarne i vektora primarne struje. Izražava se u minutama. Složena pogreška pis uključuje pogrešku transformacije struje uslijed viših harmonika u sekundarnoj struji. Izražava se u postocima primarne struje prema izrazu:

( ) %1100

0

2∫ ⋅−⋅⋅=T

psnp

is dtiiKTI

p (1.2)

ip - trenutna vrijednost primarne struje u A, is - trenutna vrijednost sekundarne struje u A, T - trajanje jedne periode u s. Ponašanje strujnog transformatora u nadstrujnom području karakteriziraju veličine: • faktor sigurnosti Fs kod jezgara za mjerenje i • granični faktor točnosti Ft kod jezgara za zaštitu. Faktor sigurnosti Fs je višekratnik nazivne primarne struje kod kojega, uz nazivni teret na sekundarnom namotu, strujna pogreška pi iznosi najmanje 10%. Standardne su mu vrijednosti Fs=5 i Fs=10. Granični faktor točnosti Ft je višekratnik nazivne primarne struje kod kojega, uz nazivni teret na sekundarnom namotu, složena pogreška pis ne prelazi vrijednosti 5% ili 10% za klasu točnosti 5P ili 10P (vidi tablicu 1.2). Standardne vrijednosti za Ft su 5, 10, 15, 20 i 30. Klase točnosti Strujni transformator za mjerenje zadovoljava uvjete klase točnosti, ako su njegove strujne i fazne pogreške unutar granica prema tablici 1.1, kada potrošak sekundarnog kruga u VA kod nazivne struje i cos ϕ=0.8 ind. iznosi: a) za kl. 0.1, 0.2, 0.5 i 1: 25% do 100% nazivne snage, b) za kl. 3 i 5: 50% do 100% nazivne snage

Tablica 1.1. Klase točnosti ST za mjerenje

Transformatori klase točnosti od 0.1 do 1 mogu imati prošireni mjerni opseg (120%, 150% ili 200% nazivne primarne struje). Kod transformatora s mjernim opsegom većim od 120%, granice pogrešaka pri maksimalnoj struji (150% Ipn ili 200% Ipn) odgovaraju granicama kod 1,2⋅Ipn iz tablice 1.1. Orijentacijski podaci pri izboru klase točnosti i faktora sigurnosti za strujne transformatore za mjerenje (odnosno jezgre za mjerenje) dani su u tablici 1.5. Strujni transformator za zaštitu zadovoljava uvjete klase točnosti, ako su mu kod nazivnog tereta strujna, fazna i složena pogreška unutar granica prema tablici 1.2. Klasa točnosti i granični faktor točnosti Ft ispisuju se u zajedničku oznaku. Npr.: oznaka 10P20 odnosi se na strujni transformator za zaštitu, klase točnosti 10P i graničnog faktora točnosti Ft=20. To znači da je kod Ip=20⋅Ipn složena pogreška pis ≤10%.

Tablica 1.2 Klase točnosti ST za zaštitu

Izbor klase i graničnog faktora točnosti ovisi o vrsti primijenjenih zaštitnih uređaja i releja. Orijentacijske vrijednosti vidi u tablici 1.5. Ako strujni transformator ima više od jedne jezgre, na natpisnoj pločici transformatora za svaku jezgru, odnosno njezin sekundarni namot naznačena je pripadna klasa i nazivna snaga. Za svaku mjernu jezgru naznačen je i pripadni faktor sigurnosti. Ukupna snaga (ili ukupna impedancija) svih trošila serijski spojenih u vanjski krug nekog sekundarnog namota, uključujući i spojne vodove do instrumenata, brojila i releja, ne smije prekoračiti vrijednost nazivne snage (ili nazivnog tereta) za taj namot. Za standardne vrijednosti nazivne snage Sn u VA i standardne vrijednosti nazivne sekundarne struje Isn u A nazivni teret Zn=Sn/Isn

2 iznosi:

Kod određivanja nazivne snage treba koristiti kataloške podatke trošila, koja će biti priključena na mjerni, odnosno zaštitni sekundarni namot strujnog transformatora. Zaštita mjernih instrumenata: Da bi mjerni aparati, priključeni u krug sekundarnog namota mjerne jezgre, bili što bolje zaštićeni od struja kratkog spoja ili strujnih udara iz mreže, faktor sigurnosti Fs mjerne jezgre mora biti nizak. Na taj način se postiže, da u mjernoj jezgri pri nazivnom teretu Zn u Ω i primarnim strujama većima od Ip=Fs⋅Ips u A nastaje dovoljno visoko zasićenje, uslijed kojeg se na sekundarnu stranu prenosi umanjena vrijednost strujnih udara s primarne strane. S obzirom da je umnožak faktora sigurnosti i priključenog prividnog otpora približno konstantan, sekundarni namot mjerne jezgre treba po mogućnosti teretiti impedancijom koja je približno jednaka nazivnoj impedanciji Zn u Ω. Ako npr. priključimo impedanciju dvostruko manju od nazivne, stvarni faktor sigurnosti će doseći približno dvostruku vrijednost nazivnog faktora sigurnosti Fs. U tom slučaju će priključeni instrumenti biti nedovoljno zaštićeni, jer će zasićenje mjerne jezgre nastupiti kod znatno višeg iznosa primarne struje. Ako je ukupna impedancija trošila i dovoda bitno manja od nazivnog tereta, u sekundarni krug treba uključiti dodatne otpore. Nasuprot tome, od zaštitnih jezgara zahtijeva se i u nadstrujnom području stanovita točnost transformacije, pa se granični faktori točnosti Ft već prema vrsti zaštitnih uređaja, kreću uglavnom od 10 do 30. Način označavanja omjera transformacije:

- oznaka 2x300/5/1 A znači, da se radi o primarno prespojivom strujnom transformatoru (za nazivnu primarnu struju 300 A ili 600 A) s dvije jezgre, od kojih namot prve jezgre ima nazivnu sekundarnu struju 5 A, a namot druge jezgre 1 A;

- oznaka 2000/5 A označava neprespojivi strujni transformator s jednom jezgrom. Važno za pogon Na primarno priključenom strujnom transformatoru sekundarni namot treba uvijek bili zatvoren ili preko trošila ili kratko spojen. Na otvorenom sekundarnom namotu se mogu pojaviti po život opasni naponi, a može doći i do oštećenja transformatora uslijed zagrijavanja jezgre. U sekundarni krug strujnog transformatora ne ugrađuju se osigurači. Metalne dijelove strujnog transformatora, koji nisu u normalnom radu pod naponom, treba uzemljiti, a uzemljuje se i jedna stezaljka sekundarnog namota (obično s1, a kod transformatora s više jezgara stezaljke 1s1, 2s1, itd.). Uzemljivanje sekundarnog kruga kod niskonaponskih strujnih transformatora nije neophodno.

Slika 1.1. Izvedba strujnih transformatora

Nove oznake primarnih stezaljki su P1 (umjesto K) i P2 (umjesto L), a sekundarnih s1 (umjesto k) i s2 (umjesto l).

6/37

1.3. Naponski transformatori Induktivni naponski transformatori Dvopolno izolirani jednofazni naponski transformator ima primarni namot i oba primarna priključka izolirana prema zemlji, u skladu s nazivnim stupnjem izolacije transformatora. Primarni namot se priključuje na mrežu između dva fazna vodiča. Jednopolno izolirani jednofazni naponski transformator ima samo jedan kraj primarnog namota izoliran za nazivni stupanj izolacije. Primarni namot se priključuje između jedne faze i zemlje. Kapacitivni naponski transformatori Osim induktivnih naponskih transformatora, u mrežama nazivnog napona od 110 kV na više često se primjenjuju kapacitivni naponski transformatori, koji se ujedno koriste i za priključak visokofrekventnih uređaja. Važniji pojmovi i karakteristike Nazivni omjer transformacije kn je omjer između nazivnog primarnog napona Upn u V i nazivnog sekundarnog napona Usn u V. Naponska pogreška pu je pogreška koju transformator unosi u mjerenje napona. Izražava se u postocima primarnog napona prema izrazu:

%100⋅−⋅

=p

psnu U

UUkp (1.3)

kn - nazivni omjer transformacije, Up - efektivna vrijednost primarnog napona u V, Us - efektivna vrijednost sekundarnog napona u V. Fazna pogreška δu je fazna razlika između vektora sekundarnog i vektora primarnog napona. Izražava se u minutama. Nazivna snaga je prividna snaga Sn u VA uz propisani faktor snage, koju transformator daje sekundarnom krugu pri nazivnom sekundarnom naponu i nazivnom teretu. Teret je prividna vodljivost sekundarnog kruga Y izražena u siemensima uz naznaku faktora snage (induktivni ili kapacitivni).

2sn

nn U

SY = (1.4)

pri čemu su Yn u S, Sn u VA i Usn u V. Nazivni faktor napona Vf je faktor kojim treba množiti nazivni primarni napon rani određivanja najvišeg napona, pri kojemu transformator mora zadovoljavati propisane zahtjeve u pogledu zagrijavanja kroz propisano trajanje, kao i zahtjeve u pogledu točnosti. Nazivni faktor napona i nazivno trajanje ovise o načinu uzemljenja mreže i načinu priključivanja primarnog namota na mrežu. Standardne kombinacije nazivnog faktora napona i nazivnog trajanja su:

7/37

1.2/trajno; 1.5/30 s; 1.9/30s; 1.9/8 h. Klase točnosti Naponski transformator za mjerenje zadovoljava uvjete klase točnosti, ako su njegove naponske i fazne pogreške pri naponima između 80% i 120% nazivnog napona i uz terete između 25% i 100% nazivnog tereta s induktivnim faktorom snage 0,8 unutar granica prema tablici 1.3.

Tablica 1.3. Klase točnosti NT za mjerenje

Za izbor klase točnosti, u svrhu mjerenja, mogu poslužiti orijentacijski podaci iz tablice 1.5. Naponski transformator za zaštitu zadovoljava uvjete klase točnosti, ako su mu naponska i fazna pogreška unutar granica prema tablici 1.4 za vrijednosti primarnog napona 0,05⋅Upn≤Up≤Vf⋅Upn, uz terete između 25% i 100% nazivnog tereta s induktivnim faktorom snage 0,8.

Tablica 1.4. Klase točnosti NT za zaštitu

Ako naponski transformator ima dva sekundarna namota, na natpisnoj pločici transformatora naznačena je za svaki sekundarni namot pripadna klasa i nazivna snaga. Standardne vrijednosti sekundarnih napona su za dvopolno izolirane transformatore 100 V (i 200 V za prostrane sekundarne krugove), a za jednopolno izolirane transformatore 100/√3 V (odnosno 200/√3 V). Za dojavu zemljospoja može se u jednopolno izolirane transformatore ugraditi pomoćni sekundarni namot (oznake stezaljki e - n) nazivnog napona 100/3 V (odnosno 200/3 V), koji se zajedno s takvim namotima iz transformatora u ostalim dvjema fazama povezu u otvoreni trokut. Napon na otvorenom trokutnom namotu u normalnom pogonu je neznatan, a u slučaju zemnog spoja jedne faze naraste na 100 V (odnosno 200 V) i signalizira zemljospoj. Za napajanje naponskih krugova dvosistemskih vatmetara i brojila mogu poslužiti 2 dvopolno

8/37

izolirana jednofazna naponska transformatora u spoju ,,V" no u slučaju zemljospoja na krajnjim fazama (L1 i L3) mjerenje je netočno. Točno mjerenje snage dobiva se trosistemskim vatmetrima uz primjenu 3 jednopolno izolirana naponska transformatora, bez obzira na eventualni nastanak zemljospoja u bilo kojoj fazi. Način označavanja omjera transformacije (za naponske transformatore u mreži nazivnog napona npr. 10000 V):

- za dvopolno izolirani transformator 10000/100 V - za jednopolno izolirani transformator 10000/√3 / 100/√3 / 100/3 V. - (ovaj jednopolno izolirani naponski transformator ima dva sekundarna namota, a

jedan od njih je namot za otvoreni trokut). Važno za pogon Sekundarni krug naponskog transformatora ne smije se (za razliku od strujnih transformatora) nikada kratko spojiti zbog opasnosti od oštećenja transformatora. Primarni namot se priključuje u pravilu preko osigurača. Ako mjesto priključivanja naponskog transformatora već leži u području neke zaštite (npr. na odvodu iza prekidača), onda se izuzetno mogu izostaviti osigurači na primarnoj strani. Naime, visokonaponski osigurači nisu predviđeni kao zaštita naponskih transformatora, nego štite postrojenje od eventualnog kvara u samom transformatoru ili iza njega. Kod naponskog transformatora, na kojemu je priključen automatski regulator napona generatora, nije preporučljivo osiguravati ni primarni niti sekundarni namot. Inače se sekundarni vodovi uvijek osiguravaju, izuzev onih koji su uzemljeni. Metalne dijelove naponskog transformatora, koji u normalnom radu nisu pod naponom, treba uzemljiti. Kod dvopolno izoliranih naponskih transformatora uzemIjuje se jedna stezaljka sekundarnog namota (obično stezaljka v), a kod jednopolno izoliranih transformatora uzemljuje se sekundarna stezaljka x i primarna stezaljka X (neizolirani izvod primarnog namota). Izvedbe i sheme s oznakama stezaljki: Dvopolno izolirani naponski transformatori . .

Slika 1.2. Izvedbe i sheme spoja NT

Nove oznake primarnih stezaljki su A (umjesto U) i N (umjesto X), sekundarnih a (umjesto u) i n

9/37

(umjesto x). Kapacitivni naponski transformator

Slika 1.3. Shema kapacitivnog naponskog transformatora

Tablica 1.5 Primjena mjernih transformatora

10/37

1.4. Izbor mjernih transformatora (za TE-TO)

1.4.1. Strujni mjerni transformatori u poljima U poljima se ugrađuju strujni mjerni transformatori s četiri jezgre od kojih se jedna koristi za mjerenje, a tri za zaštitu. Transformatori su slijedećih karakteristika: - Najviši pogonski napon: 123 kV - Nazivna frekvencija: 50 Hz Nazivna kratkotrajna struja: 40/100 kA

Tablica 1.6. Podaci strujnih mjernih transformatora

Oznaka I jezgra II jezgra III jezgra IV jezgraNazivna primarna struja Ipn (A) X* X* X* X* Nazivna sekundarna struja

Isn (A) 1 1 1 1

Klasa točnosti kl. 0.2S 0.2S 5P20 TPX Prošireni mjerni opseg ext. (%) 120 120 - - Nazivna trajna termička struja

Ith (A) 1.2xIn 1.2xIn 1.2xIn 1.2xIn

Faktor sigurnosti Fs 10 10 - - Nazivna snaga Sn (VA) 5 15 30 5

X*- za pojedina polja su različite struje (vidi u shemu u prilogu) Mehanička prijelomna sila: statička 3000N, dinamička 3500N. Primarna strana strujnog transformatora nije jednoznačno određena za cijelo rasklopište, već se razlikuje po poljima. U shemi u prilogu dane su vrijednosti primarnih struja pojedinih polja. Proračun za odabir strujnih transformatora je napravljen prema karakterističnim poljima i zaštitama. Polje =E20 – odabran je strujni mjerni transformator slijedećih karakteristika: - prijenosni omjer: 600/1/1/1/1 1. jezgra: 5 VA, kl.0,2S; Fs10 - 2. jezgra: 15 VA, kl.0,2S; Fs10 - 3. jezgra: 30 VA, 5P30 - 4. jezgra: 5VA, TPX, 5Ω Opterećenje 1. jezgre: Na prvu jezgru priključuje se brojilo, za pogonsko mjerenje, odnosno za naš slučaj jedinica polja, pomoću kabela presjeka 2,5 mm2. Potrošak kabela računa se prema formuli: Pk=I2*R (1.5) gdje su:

11/37

I – struja koja teče kroz kabel u A (1 ili 5 A) R – otpor kabela u Ω I=1A L=2*120 m=240 m A=2,5 mm2 R = 7,28 Ω/km * 0,240 km = 1,747 Ω ⇒ Pk = 1,747 VA Pu - potrošak upravljačke jedinice je 0,2 VA Ukupan potrošak je: P = Pk + Pu = 1,747 + 0,2 = 1,947 VA < 5 VA (1.6) Klasa je odabrana obzirom na vrstu mjerenja u pojedinom polju. Za polja =E2, =E3, =E20 odabrana je klasa 0,2S obzirom da je u tim poljima potrebno vršiti obračunska mjerenja. Opterećenje 2. jezgre: Na drugu jezgru priključuje se mjerenje i upravljačka jedinica kabela presjeka 2,5 mm2. Potrošak kabela računa se prema formuli (1.5) I – struja koja teče kroz kabel u A (1 ili 5 A) R – otpor kabela u Ω I=1A L=2*120 m=240 m A=2,5 mm2 R = 7,28 Ω/km * 0,240 km = 1,747 Ω ⇒ Pk = 1,747 VA Pdis - potrošak upravljačke jedinice je 0,2 VA Pa - potrošak ampermetra 3 VA Ukupan potrošak je: P = Pk + Pdis + Pa = 1,747 + 0,2 +3 = 4,947 VA < 15 VA Opterećenje 3. jezgre: Na treću jezgru priključuje se diferencijalna zaštita voda pomoću kabela presjeka 2,5 mm2. Potrošak kabela računa se prema formuli (1.5). I – struja koja teče kroz kabel u A (1 ili 5 A) R – otpor kabela u Ω I=1A L=2*120 m=240 m A=2,5 mm2 R = 7,28 Ω/km * 0,240 km = 1,747 Ω ⇒ Pk = 1,747 VA Pdif - potrošak diferencijalne zaštite je 0,05 VA Ukupan potrošak je: P = Pk + Pdif = 1,747 + 0,05 = 1,797 VA < 30 VA

12/37

Opterećenje 4. jezgre: Na četvrtu jezgru priključuje se jedinica zaštite sabirnica, zaštita od zatajenja prekidača i nadzor isklopa pomoću kabela presjeka 2,5 mm2. Potrošak kabela računa se prema formuli (1.5). I – struja koja teče kroz kabel u A (1 ili 5 A) R – otpor kabela u Ω I=1A L=2*120 m=240 m A=2,5 mm2 R = 7,28 Ω/km * 0,240 km = 1,747 Ω ⇒ Pk = 1,747 VA Psab - potrošak zaštite sabirnica je 0,1 VA Ukupan potrošak je: P = Pk + Psab = 1,747 + 0,1 = 1,847 VA < 5 VA

1.4.2. Naponski mjerni transformator Ugrađuju se induktivni naponski mjerni transformatori i to u sva dalekovodna polja trofazno, a u mjerna jednofazno. Oni imaju slijedeće karakteristike: Najviši pogonski napon: 123 kV Nazivna frekvencija: 50 Hz Broj namota: 2 Prijenosni odnos namota: I namot: 110/√3/0,1/√3 kV; 10 VA; kl. 0,2 II namot: 110/√3/0,1/√3 kV; 50 VA; kl. 0,5/3 P Mehanička prijelomna sila priključka: statički 2000 N, dinamički 3000 N Na 1. namot priključena su brojila koja imaju potrošak 1,3 VA < 10 VA Na 2. namot priključeni su: voltmetar: Pv= 5 VA upravljačka jedinica Pu= 0,2 VA Ukupan potrošak je: P = Pv + Pu = 5 + 0,2 = 5,2 VA < 10 VA Kod priključka brojila bitan je pad napona u priključnom vodu naponske grane koji ne smije biti iznad 0,05%, pa se one spajaju sa 5x2,5 mm2. u%= 0,5372*l*P/A= 0,5372 * 140 m * 0,0013 kW / 2,5 mm2 = 0,039 % < 0,05 % 0,039 % < 0,05 %

13/37

Slika 1.4. Jednopolna shema 110 kV polja =E20

14/37

Slika 1.5. Jednopolna shema postrojenja 35 kV

15/37

2. ENERGETSKI TRANSFORMATORI 2.1. Općenito Energetski transformatori prenose energiju s mreže jednog napona na mrežu drugog ili jednakog napona, posredstvom izmjeničnog magnetskog toka. Taj tok vodi jezgra složena od transformatorskog lima. Transformatorski lim je od željeza koje je legirano silicijem, sa svrhom da mu se poveća električki otpor, kako bi od magnetskog toka u limu inducirana struja bila mala. Iz istog razloga je debljina lima obično 0,3 mm. Posebnim postupkom valjanja donekle se usmjeruju kristali željeza, te se tako smanjuju gubici zbog izmjeničnog magnetiziranja. Magnetska svojstva ovise i o unutarnjim napetostima, pa je često potrebno limove žariti na temperaturi cca 810°C.

Slika 2.1. Tipovi magnetskih jezgri Primarni i sekundarni namoti obuhvaćaju izmjenični magnetski tok vođen jezgrom. Radi boljeg magnetskog vezivanja, namoti se nalaze što bliže jedan oko drugoga. Glavna izolacija dijeli namote i izolira ih prema jezgri i ostalim dijelovima. Namoti mogu biti građeni od okrugle žice, profilnih vodiča, trake ili folije, a materijal im je elektrolitski bakar ili čisti aluminij. Pojedini zavoji su međusobno izoliran. Izolacija je kombinacija celuloze (papir, prešpan itd.) i izolacijskog ulja, pa govorimo o uljnim transformatorima, ili su to krute izolacije, odnosno kombinacije krutih izolacija i zraka, pa govorimo o suhim transformatorima. Izolacijska ulja imaju, osim izvrsnih izolacijskih svojstava, i veliku specifičnu toplinu pa mnogo bolje od zraka prenose toplinu s namota i jezgre na kotao i hladila. To je jedan od razloga da se suhi energetski transformatori rade za napone samo do 20 kV i snage do 2MVA. Izolacijska ulja su higroskopna, a s vlagom im pada izolacijska vrijednost pa su potrebni posebni uređaji za njihovo priređivanje i sušenje. Sintetička ulja za razliku od mineralnih ulja ne gore, ali se zbog zagađivanja okoline sve manje upotrebljavaju. Sušionici zraka su naprave koje služe za sušenje vlažnog zraka, a primjenjuju se kod transformatora i drugih uređaja gdje je potrebno spriječiti prisustvo vlažnog zraka. Sušionik je

16/37

napunjen sa specijalnom higroskopskom soli ( Silica - gel ) koja prilikom strujanja vlažnog zraka kroz sušionik na sebe veže vlagu i mijenja boju ( od plave u ružičastu ). Kad sol potpuno promijeni boju potrebno ju je promijeniti ili osušiti. Na dnu sušionika nalazi se posuda sa transformatorskim uljem koje sprečava ulazak vlažnog zraka u transformator dok nije u pogonu. Aktivnim dijelom transformatora nazivamo jezgru s ugrađenim namotima i izolacijom. Kod uljnih transformatora se taj aktivni dio nalazi u kotlu koji je ispunjen uljem. Površina kotla i na njemu prigrađena posebna hladila služe za odvođenje gubitaka. Transformatorsko ulje zagrijavanjem mijenja volumen, zbog čega transformator mora imati posebno predviđen prostor u kotlu ili konzervator. Primarna (ulazna) strana je strana sa koje se transformator napaja. Sekundarna (izlazna) strana je strana sa koje se transformator tereti. Nazivni napon Un, je napon na koji se transformator priključuje ili koji nastaje u praznom hodu, a označen je na natpisnoj pločici. Nazivna snaga Sn je dogovorna vrijednost prividne snage u kVA ili MVA koja je osnova za projekt transformatora, ispitivanje, garancije proizvođača i određivanje nazivne struje. Nazivna struja In je struja kroz linijsku stezaljku transformatora, čija vrijednost je određena nazivnom snagom i nazivnim naponom. Za jednofazne transformatore je

n

nn U

SI =

(2.1) a za trofazne transformatore:

n

nn U

SI

⋅=

3 (2.2) Ovisnost napona o broju zavoja:

nNN

UU

==2

1

2

1 (2.3)

21 SS = (2.4)

Iskoristivost transformatora:

gPPP

PP

+==

2

2

1

2η (2.5)

Gubici praznog hoda P0. Transformator priključen na napon grije se i kad nije opterećen. Izvor topline su gubici u jezgri (u transformatorskom limu). Zato se ovi gubici često zovu gubici u željezu. Oni se mjere u praznom hodu, tj. na neopterećenom transformatoru kojemu je primarni namot priključen na mrežu. Gubici praznog hoda praktički se ne mijenjaju s opterećenjem transformatora.

17/37

Gubici zbog tereta PT nastaju u opterećenom transformatoru zbog prolaza struja kroz namote. Nazivaju se još gubici u bakru ili gubici kratkog spoja, jer se mjere kod nazivne struje u pokusu kratkog spoja. Mijenjaju se približno s kvadratom opterećenja i s temperaturom namota pa se deklariraju kod referentne temperature. Napon kratkog spoja uk je dio nazivnog napona, koji priključen na jedan od namota transformatora tjera u njemu nazivnu struju, dok je drugi namot transformatora kratko spojen. Ovaj pokus služi za mjerenje gubitaka zbog tereta i zove se pokus kratkog spoja, pa otuda ime napon kratkog spoja. Napon kratkog spoja se obično izražava u postotku nazivnog napona. On služi za proračun padova napona u transformatoru kod različitih opterećenja i određivanje veličine struja stvarnog kratkog spoja. Deklarira se kod referentne temperature. Spoj trofaznih transformatora. Fazni namoti jedne naponske strane mogu biti međusobno spojeni u zvijezdu ili trokut. Ovi nazivi potječu od slike koju u tim spojevima čine vektori faznih napona. Za njihovo označavanje odabrana su toj slici slična slova, ,,Y" za zvijezdu i ,,Δ (D)" za trokut. Spoj namota višeg napona označuje se velikim, a spoj namota nižeg napona malim slovom. Ako fazni namoti nisu spojeni, oznaka je III, odnosno iii. Postoji još i spoj cik-cak (slomljena zvijezda) koji se upotrebljava samo za sekundarne namote niskog napona (400/231 V) i jedino u transformatorima manjih snaga. Označava se slovom ,,z". Kod kombinacija različitih spojeva višenaponskog i niženaponskog namota naponi iste faze mogu biti međusobno fazno pomaknuti. Taj fazni pomak se označuje satnim brojem (oznakom pomaka faze), tj. brojkom na satu koju prikazuje vektor nižeg napona kad je vektor iste faze višeg napona u položaju velike kazaljke kod punog sata. Kut faznog pomaka je satni broj pomnožen s 30°. U primjeru na slici 2.2, namot višeg napona spojen je u zvijezdu, a namot nižeg napona u trokut. Fazni pomak je 150°. Njegova oznaka spoja je Yd5.

Slika 2.2. Primjer oznake spoja Yd5

Satni broj se katkada naziva grupa spoja zato što svi transformatori iste grupe, bez obzira na spojeve namota mogu, ako su ispunjeni i ostali uvjeti, raditi paralelno. U istoj kombinaciji spojeva namota, npr. Yd, mogu se prema načinu spajanja namota dobiti različiti pomaci faza. U tablici 2.1. su oznake spoja, sheme spoja faznih namota i vektorske slike najčešće upotrebljavanih grupa spoja.

18/37

Tablica 2.1. Najčešće upotrebljavane grupe spoja

Fazne stezaljke (provodni izolatori) su označene na visokonaponskoj strani velikim slovima A B C, a u jednakom redoslijedu faza na niskonaponskoj strani malim slovima a b c. Transformator s tri namota ima odgovarajuće stezaljke srednjeg napona označene mA mB mC.

19/37

Nove oznake za stezaljki su: Primarni namot: 1U, 1V i 1W Sekundarni namot: 2U, 2V i 2W Tercijarni namot: 3U, 3V i 3W U spoju zvijezda i cik-cak su sva tri fazna namota zajedno spojena u tzv. nultočku. Nultočka može biti spojena na posebnu stezaljku (provodni izolator). Takva izvedena nultočka označena je s N, odnosno n ili mN. Nultočka na sekundarnom namotu transformatora omogućuje korištenje faznih napona i opterećivanje nultočke (nesimetrični trofazni teret). U mrežama niskog napona 400/231 V nultočka transformatora je uzemljena, a nulti vod, osim za korištenje faznog napona, služi još i za zaštitu aparata i uređaja od dodira.

Slika 2.3. Oznake stezaljki energetskog transformatora (stare i nove)

Referentna temperatura je srednja vrijednost temperature namota transformatora, pri kojoj se garantiraju gubici zbog tereta i napon kratkog spoja. Za toplinske klase A, E i B ona je 75°C. Za dirigirano strujanje ulja referentna temperatura je 80 °C, a za ostale toplinske klase je 115 °C. Opteretivost nultočke. Transformatori u spoju Dy s izvedenom nultočkom mogu se nesimetrično opteretiti do te mjere, da im struja nulvoda bude veličine nazivne struje In. Jednako nesimetrično mogu se opteretiti i transformatori u spoju Yz. Budući da spoj cik-cak zahtijeva 15,5% više zavoja od spoja u zvijezdu uz jednaki presjek vodiča, on se upotrebljava umjesto spoja Dy samo tamo, gdje je izvedba visokonaponskog namota u spoju trokut više od 16% skuplja od izvedbe tog namota u spoju zvijezda. Naime, vodič manjeg presjeka je skuplji, a vodič namota spojenog u trokut ima √3 puta manji presjek. Transformatori u spoju Yy redovito nemaju nulvoda na visokonaponskoj strani, pa im se nultočka smije opteretiti s najviše 10% In. Veliki transformatori u spoju Yy se često izvode s trećim, kompenzacijskim namotom (tercijarom) spojenim u trokut koji, ako je građen za 1/3 nazivne snage, omogućuje opterećivanje nultočke nazivnom strujom. Ovaj treći namot se može ujedno i opterećivati, ako je za to dimenzioniran. Spoj trofaznog transformatora s tri namota označava se tako, da se iza oznake spoja namota višeg i srednjeg napona (npr. Yy0) doda zarez, pa zatim simbol spoja namota nižeg napona (npr. d) i satni broj koji pokazuje fazni pomak (npr. 5) tog napona prema najvišem naponu. Npr. Yy0,d5. Uobičajeni spojevi trofaznih transformatora. U našim distributivnim mrežama je uobičajena grupa spoja 5. Transformatori s niskim naponom 400/231 V imaju obično spoj Dy5, iznimno Yz5. Transformatori koji imaju niži napon 6, 10, 20 i 35 kV u spoju su Yd5. Transformatori koji povezuju mreže 110, 220 i 380 kV redovito imaju kompenzacijski namot i spoj Yy0,d5. Auto transformator je vrsta transformatora u kojem se energija, osim zajedničkim magnetskim tokom, prenosi još i vodljivim spojem između namota. Namot auto-

20/37

transformatora se sastoji od zajedničkog i serijskog namota. Na zajednički namot se priključuje niži napon, a na serijski spoj zajedničkog i serijskog namota se priključuje viši napon. Zajedničkim namotom teče razlika sekundarne i primarne struje. Nazivna snaga autotransformatora naziva se često prolazna snaga, za razliku od manje tipske snage koju bi, otprilike, imao obični dvonamotni transformator jednakih dimenzija.

Slika 2.4. Shema transformatora i autotransformatora

Izrazi za izračun autotransformatora: Snaga autotransformacije (propusna snaga):

aaaap IUIUS 2211 ⋅=⋅= (2.6) Korisnost

pa

gap

a

gaa

SPS

SPS −

=−

=1

1η (2.7)

Podešavanje napona. Na pojedinim mjestima u mreži je napon viši ili niži od nazivnog pa distribucioni transformatori imaju preklopku (premještač) kojom se primarni namot može prilagoditi naponu mreže na mjestu ugradnje, obično u stupnjevima 2,5% do ±5% nazivnog napona. Ovo podešavanje se obavlja u beznaponskom stanju pomoću ručice na kotlu ili poklopcu transformatora. Dnevno variranje napona kao i ostale promjene naponskih prilika u mreži kompenzira se pomoću transformatora s regulacijskom preklopkom. Ovo podešavanje napona je bez prekida pogona (pod opterećenjem najčešće u stupnjevima od 1,5%, u ukupnom opsegu od ±15% nazivnog napona. Regulacijska preklopka za veće transformatore se sastoji od teretne preklopke, (koja preklapa pod teretom, od birača i motornog pogonskog mehanizma. Manje regulacijske preklopke imaju umjesto teretne preklopke i birača samo teretni birač. Stupanj izolacije označuje izolacijsku čvrstoću transformatora. Određuje se u skladu s izolacijskom čvrstoćom cijelog postrojenja, ovisno o odabranom najvišem naponu opreme. Izolacijska čvrstoća provjerava se ispitivanjem transformatora naponima kojima je definiran stupanj izolacije. To su nazivni podnosivi kratkotrajni napon 50 Hz i nazivni podnosivi atmosferski udarni napon.

21/37

Za najviši napon opreme do 38 kV mogu se odabrati dva različita nazivna podnosiva atmosferska udarna napona. Za napone iznad 38 kV mogu se za jednaki najviši napon opreme odabrati dva različita stupnja izolacije. Transformatori za najviši napon opreme 420 kV mogu se ugovoriti i s drugačije definiranim ispitivanjima koja uključuju sklopne udarne napone. Nultočka transformatora, ako je uzemljena direktno ili preko male impedancije. ne mora biti izolirana za jednaki stupanj izolacije kao i krajevi namota na strani mreže. Stupanj izolacije nultočke treba biti odabran prema standardima. Ako to prilike u mreži dozvoljavaju, suhi transformatori ne moraju biti ispitivani nazivnim podnosivim atmosferskim udarnim naponima. Promjena (pad) sekundarnog napona transformatora opterećenog teretom S u kVA i cosϕ iznosi u postotku nazivnog napona:

( )[ ]%cosusinu05.0sinucosuSSu 2

rxxrn

ϕ⋅+ϕ⋅⋅+ϕ⋅+ϕ⋅= (2.8)

%100n

Tr S

Pu ⋅= (2.9)

%22rkx uuu −= (2.10)

S„ nazivna snaga transformatora (kVA) PT gubici zbog tereta (kW), ux napon kratkog spoja (%) Trajna struja kratkog spoja

nk

k Iu

I 100= (2.11)

Transformator u pogonu mora biti uzemljen pomoću vijka za uzemljenje na nožištu ili kotlu transformatora. Dodatna oprema transformatora: - Buchholz relej ( za transformatore s konzervatorom) - kotači - sušionik zraka - kontaktni termometar s dva kontakta i kazaljkom - živin termometar - iskrišta - zaštitne kutije priključaka - ormarić za signalizaciju - otvor za nalijevanje ulja - sigurnosni ventil (hermetički zabrtvljen transformator).

22/37

2.2. Hlađenje transformatora Granična zagrijanja transformatora je najveći dozvoljeni porast temperature dijelova transformatora prema rashladnom sredstvu (Temperatura zraka maks. 40°C, a rashladne vode 25°C). Oznake načina hlađenja transformatora Način hlađenja transformatora označava se s četiri oznake. Vrst rashladnog sredstva se označava sa slovčanom oznakom: O mineralno ulje ili zapaljiva sintetska tekućina L nezapaljiva sintetska tekućina G plin W voda A zrak Način strujanja rashladnog sredstva se označava slovčanom oznakom: N prirodno F prisilno neusmjereno D prisilno usmjereno Poredak oznaka Ako je predviđeno da se isti transformator hladi na dva načina, na primjer prirodnim hlađenjem uljem i zrakom, ali sa i bez ventilatora, oznaka je ONAN/ONAF. Oznaka suhog transformatora prirodno hlađenog zrakom bez zaštitnog plašta je AN, a sa zaštitnim plaštem ANAN. 2.3. Preopterećenje transformatora Preopterećenje uljnih transformatora je ili svakodnevno cikličko ili je to pogon u nuždi. Zbog svakodnevnog cikličkog preopterećenja ne bi smjelo do ubrzanog starenja transformatora. Kod pogona u nuždi treba utvrditi da li je preopterećenje još dopustivo i ekonomski opravdano tj. da li šteta od ubrzanog starenja transformatora nije veća od štete zbog prekida pogona. Pojednostavljeni dijagram dnevnog ciklusa s preopterećenjem

Slika 2.5. Pojednostavljeni dijagram dnevnog ciklusa s preopterećenjem

23/37

K1 i K2 su omjeri opterećenja S1 i S2 prema nazivnoj snazi transformatora Sn. Ako se preopterećenje K2S2 pojavljuje više puta u danu, njegova se trajanja mogu zbrojiti u ukupno trajanje t. Struja preopterećenja ne smije prijeći 1.5xIn, osim u pogonu iz nužde, ako to dozvoljavaju ostali dijelovi transformatora (provodni izolatori, preklopka itd.). Najtoplije mjesto namota ne smije nikada prijeći temperaturu od 140°C, a ulje u gornjem sloju 115 °C. Napomena: Zbog velike vremenske konstante zagrijavanja ulja (1,5 do 3 h) i male vremenske konstante zagrijavanja namota prema ulju (3 do 15 min) pogrešno je, i može biti kobno, zaključivanje o temperaturi namota samo na temelju temperature ulja. Dozvoljena trajanja cikličkih preopterećenja uz normalno starenje izolacije nalaze se u tablicama Proračun najtoplijeg mjesta u namotu ϑnt nakon preopterećenja K⋅Sn koje traje t sati pri temperaturi okoline ϑ0.

nutnt ϑϑϑϑ Δ+Δ+= 0 (2.12) Δϑut (u K) je porast temperature ulja u gornjem sloju nakon što je preopterećenje K⋅Sn trajalo t sati. Da izračunamo Δϑut treba najprije naći krajnji porast temperature ulja kod dugotrajnog preopterećenja Δϑu.

x

uu ddK⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

⋅+⋅Δ=Δ

11 2

0ϑϑ (2.13)

Δϑu0 je porast temperature ulja u gornjem sloju na početku preopterećenja. d je omjer gubitaka zbog tereta i gubitaka praznog hoda.

0PPd T=

(d=5 ili veće) (2.14) x ovisi o načinu hlađenja. Za ONAN je x=0,8, a za sve ostale načine hlađenja x=1. Porast temperature ulja u gornjem sloju nakon preopterećenja iznosi:

( ) ( )Ttuuuut e /

00 1 −−⋅Δ−Δ+Δ=Δ ϑϑϑϑ (2.15) T je vremenska konstanta zagrijavanja ulja (~3h za ONAN i ONAF, ~2 h za OFAF i OFWF). Δϑn je krajnji porast temperature namota prema ulju. Namot vrlo brzo poprimi ovo krajnje zagrijavanje pa je

6.10 Knn ⋅Δ=Δ ϑϑ (2.16)

24/37

Za dirigirano hlađenje je u gornjoj formuli eksponent 2 umjesto 1,6. Δϑn0 je razlika temperature namota i ulja na početku preopterećenja. Pri K=1 tj. kod trajnog nazivnog tereta Δϑn0 ≤23K. Za K≠1 računa se Δϑn0 po izrazu za Δϑn. Starenje izolacije. Kako će dugo transformator raditi, ovisi o starenju njegove izolacije. Starenje izolacije ovisi o temperaturi kojoj je izolacija izložena. U uljnim transformatorima se ulje regenerira ili zamjenjuje novim, ali celuloza se fizikalno i kemijski mijenja. Svako povišenje temperature od 6°C skraćuje vijek izolacije na polovicu. Normalno starenje izolacije uljnog transformatora je kod 98 °C. Što odgovara temperaturi najtoplijeg mjesta u namotu kod okoline 20 °C i srednjeg zagrijanja namota od 65 K. Relativno starenje izolacije V kod neke temperature ϑnt u odnosu na ono kod 98 °C računa se po izrazu:

9819.9310nt

Vϑ −⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠= (2.17)

Relativno dnevno starenje izolacije. Ako s V1 označimo relativno starenje izolacije na temperaturi najtoplije točke u namotu nakon tereta K1xSn i s V2 isto takvo relativno starenje izolacije na temperaturi najtoplije točke nakon preopterećenja K2xSn možemo približno odrediti relativno dnevno starenje izolacije Vd prema izrazu:

1 1 2 2

1 2d

V t V tVt t⋅ + ⋅

=+

(2.18)

Pri dnevnom cikličkom preopterećenju ono ne bi smjelo biti veće od 1. Kod pogona u nuždi ova vrijednost pokazuje za koliko smo dana otprilike skratili životnu dob transformatora. Primjer proračuna: Koliko je relativno dnevno starenje izolacije, ako se transformator grije na 100 °C tijekom 8 sati, a slijedećih 16 sati je zagrijan na 90 °C. ϑ1=100°C t1=8h ϑ2=90°C t2=16h

100 9819.93

1 10 1.26V−⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠= = 90 9819.9310 0.40V−⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠= =

1 1 2 2

1 2

1.26 8 0.4 16 0.698 16d

V t V tVt t⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅

= = =+ +

Relativno dnevno starenje izolacije iznosi 0.69. Životni vijek transformatora

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ϑ−ϑ

−= 6

0

0

2ŽŽ

(2.19)

25/37

Primjer: Životni vijek transformatora pri pogonskoj temperaturi 104°C, uz nazivnu temperaturu 98°C.

5.022ŽŽ 16

98104

0

=== −⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

−

Relativni životni vijek je 50% nazivnog životnog vijeka. Termoslika. Veliki transformatori su redovito snabdjeveni posebnim aparatom „termoslikom" koji pomoću temperature ulja u gornjem sloju i struje opterećenja simulira temperaturu najtoplijeg mjesta u namotu. 2.4. Paralelni rad energetskih transformatora Paralelni rad. Dva (ili više) transformatora rade paralelno ako su primarno, i sekundarno spojeni na zajedničke sabirnice. Paralelno mogu raditi transformatori građeni za iste nazivne napone ako imaju:

1. Jednaki pomak faze između primarnog i sekundarnog namota, tj. istu grupu spoja. 2. Odnos transformacije u granicama tolerancije (0,5%). 3. Napon kratkog spoja u granicama tolerancije (10%). 4. Odnos nazivnih snaga ne veći od 1:2.

I pored ispunjenih navedenih uvjeta između transformatora u paralelnom radu teku struje izjednačenja koje se očituju u dodatnom zagrijanju transformatora i u nejednolikoj podjeli tereta. Radi toga treba, gdje je to moguće, izbjegavati paralelni rad. Transformatori mogu paralelno raditi i ako im grupe spoja nisu iste. ali se nalaze unutar slijedećih skupina: I 0 4 8 II 2 6 10 III 1 5 IV 7 11 Za međusobno spajanje stezaljki unutar navedenih skupina važi: ako stezaljke višeg napona označimo pored oznaka faza još i sa satnim brojevima koje vrhovi vektora pokazuju na satu, tj. A s 0, B s 4, C s 8 i tim satnim brojevima pribrojimo grupu spoja, dobivamo satne brojeve stezaljki nižeg napona. Na primjer transformator u spoju Dy1 će imati označene stezaljke ni-žeg napona: a s 1, b s 5, c s 9, a transformator u spoju Yz5 a s 5, b s 9 i c s 1. Za ispravni paralelni spoj treba na iste sabirnice spojiti stezaljke označene s istim satnim brojem. Taj primjer je prikazan u slici 2.6.

26/37

Slika 2.6. Oznake stezaljki kod paralelnog rada – skupine I i II Moguć je međutim i paralelni rad transformatora s grupama spoja III i IV skupina. Spojevi su prikazani na slici 2.7.

Slika 2.7. Oznake stezaljki kod paralelnog rada – skupine III i IV Ako su transformatori nazivnih snaga Sn1 i Sn2 itd (u kVA) s naponima kratkog spoja uk1, uk2 itd. (u %) paralelno spojeni i opterećeni sa snagom S (u kVA), imati će zajedno rezultirajući napon kratkog spoja:

1 2

1 2

...k

n n

k k

Su S Su u

=+ +

(2.20)

27/37

a opterećenje S će se podijelili na pojedine transformatore:

1 11

kn

k

uS Su

= ⋅ (2.21)

2 22

kn

k

uS Su

= ⋅

…… 1 2 ...S S S= + + (2.22)

Ovaj račun može pokazali da je jedan od transformatora preopterećen dok ostali rade s opterećenjem manjim od nazivnog. Snaga Sd koju mogu zajedno prenijeti paralelno spojeni transformatori, a da nijedan ne bude preopterećen je:

1 21 2

...kn knd n n

k k

u uS S Su u

= ⋅ + ⋅ + (2.23)

ukn je najmanji od svih napona kratkog spoja pojedinih transformatora. Ako transformatori nemaju jednak smjer transformacije pa postoji razlika u sekundarnim naponima Δu (u %), ta će razlika tjerati između transformatora struju izjednačenja:

1 2

1 2

ik k

n n

uI u uI I

Δ=

+ (2.24)

(In1 i In2 su nazivne struje pojedinih transformatora). Ova struja izjednačenja se pribraja struji onog transformatora koji ima viši napon u praznom hodu i znači dodatno opterećenje tog transformatora. Primjer proračuna: Izračunati karakteristika paralelnog rada slijedećih transformatora Sn1=250 kVA, uk1=4%, Un2-

1=0.42 kV i Sn2=200 kVA, uk2=3.8%, Un2-2=0.4 kV. Ukupno opterećenje paralelnih transformatora iznosi 400 kVA. Rezultirajući uk iznosi:

%47.3

8.3200

4250

400=

+=ku

Opterećenja transformatora iznose:

kVAS 217447.32501 =⋅=

kVAS 1838.3

47.32002 =⋅=

28/37

Maksimalna snaga transformacije iznosi:

kVASd 5.4378.38.3200

48.3250 =⋅+⋅=

Struja izjednačenja iznosi:

AU

SIn

nn 344

42.03250

3 12

112 =

⋅=

⋅=

−−

AU

SIn

nn 289

4.03200

3 22

222 =

⋅=

⋅=

−−

%54.0

4.042.0

22

2212 =−

=−

=Δ−

−−

n

nn

UUUu

AIi 202

2898.3

3444

5=

+=

2.5. Hlađenje transformatora Kad su energetski transformatori smješteni u zatvorenim prostorima (trafo komorama) potrebno je osigurati njihovo hlađenje prirodnom cirkulacijom zraka. Određivanje presjeka ulaznog i izlaznog otvora se vrši prema donjoj slici i formulama.

Slika 2.8. Hlađenje transformatora u trafo komori

Oznake: Pg - ukupni gubici transformatora u kW A1 - presjek ulaznog otvora u m2 A2 - presjek izlaznog otvora u m2

29/37

h - visina sredine izlaznog otvora iznad sredine transformatora u m ϑ1 - temperatura vanjskog (dolaznog) zraka u °C ϑ2 - temperatura unutarnjeg (odlaznog) zraka u °C τ - koeficijent otpora prolazu zraka (=5) Formule za izračun hlađenja su:

1 34.25 gA Phτϑ

= ⋅ ⋅⋅

(2.25)

2 1ϑ ϑ ϑΔ = − (2.26)

2 11.1A A= ⋅ (2.27)

Primjer proračuna: Koliki moraju biti ulazni i izlazni otvori u trafo komori za hlađenje energetskog transformatora čiji ukupni gubici iznose Pg=10 kW. Visinska razlika između središta energetskog transformatora i središta izlaznog otvora iznosi h=1.20 m. Razlika unutarnje i vanjske temperature iznosi ϑ=ϑ2-ϑ1 = 15 K. Na otvorima su žaluzine za sprečavanje ulaska malih životinja (zbog smanjenja strujanja zraka treba otvor povećati za 10%).

21 3

54.25 10 1.491.2 15

A m= ⋅ ⋅ =⋅

2

2 1.1 1.49 1.64A m= ⋅ =

' 21 1.1 1.49 1.64A m= ⋅ =

' 22 1.1 1.64 1.80A m= ⋅ =

Površina donjeg otvora sa žaluzinama iznosi minimalno 1.64 m2, a gornjega 1.80 m2.

30/37

2.6. Zaštita transformatora Transformator se može štititi od: a) vanjskih kratkih spojeva b) unutarnjih kratkih spojeva

- između zavoja namota iste faze - između zavoja namota različitih faza - zbog kvarova u jezgri (uzrokuju stvaranje velikih vrtložnih struja)

c) zemnog spoja d) preopterecenja e) atmosferskih prenapona Zaštita od vanjskih kratkih spojeva, koji nastaju u mreži i na sabirnicama postrojenja, tj. izvan kotla transformatora, se može vršiti pomoću:

1. rastalnim osiguračima - zaštita od k.s. sasvim malih transformatora, a izvodi se tako da nazivna struja osigurača za višenaponsku stranu transformatora bude 2 puta veća od nazivne struje transformatora, a za zaštitu niženaponske strane jednaka nazivnoj struji transformatora.

2. prekidačima s nadstrujnim i termičkim okidačima 3. zaštitnim nadstrujnim (prekostrujnim) vremenskim relejem koji daje nalog prekidaču.

Zaštita od unutarnjih kratkih spojeva, koji nastaju unutar energetskog transformatora, može se vršiti pomoću:

1. kontaktni termometar - koristi se kod transformatora malih snaga, stavlja se u džep na poklopcu transformatora, mjeri temperaturu ulja od -5°C do +125°C, a djeluje tako da kada poraste temperatura preko maksimalno dozvoljene živa termometra zatvara strujni krug releja koji isključi trafo iz mreže. Ova zaštita nije djelotvorna kod naglog razvoja kratkog spoja kojeg prati električni luk -> nema dovoljno vremena da poraste temperatura ulja do te mjere da reagira termometar, a već je došlo do razaranja namota i jezgre.

2. diferencijalna zaštita transformatora se izvodi diferencijalnim strujnim relejem. Ovaj relej djeluje na razliku struja koje ulaze i izlaze iz transformatora. Kod normalnog rada i kod vanjskih kratkospojnih struja i1 i i2 su u poznatom odnosu (jednake) i struja kroz svitak diferencijalnog releja Δi = i1 - i2 je jednaka nuli pa relej nije pobuđen. Kod kvara unutar transformatora struje teku prema mjestu kvara pa je struja Δi=i1-i2≠0 i pobudi relej koji zatvaranjem kontakata daje nalog prekidaču za isklapanje transformatora.

3. Buchholzova zaštita se koristi za zaštitu od k.s. transformatora nazivne snage od 400kA i više.

Zaštita od zemnog spoja: Zemni spoj transformatora je spoj zavoja namota i mase tj. uzemljenje dijela npr. kotla. Da bi ta zaštita pravilno funkcionirala transformator treba biti izoliran od ostalih uzemljenih dijelova, uzemljenja i treba imati izvedeno pogonsko i zaštitno uzemljenje. Zaštitno uzemljenje kotla transformatora izvedeno je pomoću odgovarajućeg strujnog transformatora s čijeg se sekundara napaja strujni relej čiji relej daje nalog prekidaču da isklopi trafo. Zaštita od preopterećenja: Preopterecenje nastaje ispadom nekog elementa mreže, tada je transformator opterećen strujom većom od nazivne. Preopterećenje smije trajati sve dok temperatura namota ne

31/37

prijeđe graničnu dozvoljenu vrijednost. Zaštitni uređaji su kontaktni termometar (samo za male transformatore), a za velike transformatore u složenoj mreži koristi se termički (bimetalni) nadstrujni relej ili sonda sa velikim termičkim koeficijentom otpora. Zaštita od prenapona: Prenaponi nastaju u mreži uslijed udara munje u dalekovod i dolaze po vodičima u transformator. Da bi se spriječio njihov ulazak u transformator neposredno uz njih se stavljaju odvodnici prenapona. 2.6.1. Zaštita distribucijskog energetskog transformatora od kratkog spoja Transformator se sa srednjenaponske strane štiti od kratkih spojeva srednjenaponskim osiguračima s udarnom iglom. Nazivne vrijednosti struja osigurača I0 za odabrani niz snaga Sn transformatora trebaju biti slijedeće:

Tablica 2.2 Vrijednosti struja osigurača ovisno o snazi transformatora

Nazivna snaga transformatora Sn(kVA) 250 400 630

Nazivna struja osigurača I0 (A)

10 kV 30 50 75

20 kV 16 25 40

Ukoliko proizvođači osigurača odnosno opreme definiraju za svoje proizvode vrijednosti osigurača različite od navedenih, treba koristiti tako odabrane osigurače. Kod nekih srednjenaponskih blokova za zaštitu energetskog transformatora od preopterećenja i struje kratkog spoja ugrađen je vakuumski prekidač. Na vakuumski prekidač djeluje okidač koji je povezan s nadstrujnim relejem ESO10 i strujnim zaštitnim transformatorom.

Tablica 2.3 Vrijednosti nazivnih struja strujnih transformatora ovisno o snazi transformatora

Nazivna snaga transformatora Sn(kVA) 250 400 630

Nazivna struja strujnog transformatora (A)

10 kV 14,4 23,1 36,4

20 kV 7,2 11,5 18,2

Osnovni princip rada nadstrujne zaštite je da se struje štićenog energetskog transformatora prenose preko strujnih transformatora na elektronički relej. Pri prekoračivanju nazivne struje eneregetskog transformatora za više od dvostruke nazivne vrijednosti, relej šalje naponski signal na okidač, koji preko prikladnog mehaničkog sustava isklapa prekidač. Kašnjenje isklopa prekidača ovisi o veličini struje prekoračenja.

32/37

Slika 2.9 Krivulja prorade elektroničkog sklopa okidača

2.6.2. Nadtemperaturna zaštita transformatora Pored preventivne zaštite transformatora sustavnim praćenjem vršnih opterećenja putem bimetalnih ampermetara s pokazivačem maksimalne 15-minutne struje preporučuje se i izravna nadtemperaturna zaštita transformatora pomoću termičkog protektora ugrađenog na poklopac u području najtoplijeg ulja s proradom kod temperatura: 358,15 K (85 °C) – I stupanj (signalizacija) 368,15 K (95 °C) – II stupanj (isklop) 2.6.3. Zaštita od unutarnjih kvarova transformatora Ova zaštita primjenjuje se kao dodatna zaštita za transformatore izvedene s konzervatorom, a kao element zaštite treba koristiti plinski (Buchholz) relej. Plinski relej služi za signalizaciju i davanje komande za isključenje transformatora u slučaju razvijanja plinova, gubitka ulja i naglog porasta pritiska ulja, koji mogu nastati uslijed kvara u transformatoru. Ugradnja Buchholz releja predviđena je za transformator nazivne snage 630 kVA. Za manje nazivne snage ugradnja nije obvezna. Relej se ugrađuje u uljovod između poklopca transformatora i konzervatora, a reagira na sakupljanje plina ili nestanak ulja te na burno strujanje ulja prema konzervatoru. Ima dva plovka sa signalnim kontaktima. Pri manjoj količini plina sakupljenog u releju prvi kontakt daje uzbunu. Kad je količina plina veća ili ako počinje naglo strujanje ulja, drugi plovak daje impuls za isklapanje transformatora. Iako plinski relej ne sprječava kvar osim kod gubitka ulja, on efikasno ograničuje proširenje kvara i sprječava štete koje mogu nastati u transformatoru i u transformatorskoj stanici. Plinski ( Buchholz ) releji tipa služe za signalizaciju i davanje komande za isklapanje transformatora u slučaju razvijanja plinova, gubitka ulja ili naglog porasta pritiska ulja uslijed kvara u transformatoru. Relej može nesmetano raditi pri temperaturi ulja od -25 °C do +110 °C i viskozitetu od 6,2 mm2/s do 1100 mm2/s. Relej se može pouzdano koristiti i u područjima ugroženim od potresa ( ispitano sa 2g ; 5 - 60 Hz ). Kućište plinskog releja izrađeno je od silumina ( tlačni lijev ). Na obje strane kućišta nalaze se stakleni prozorčići sa baždarenom skalom u cm3 za provjeru kontaktnog sistema i očitanje volumena sakupljenog plina. U kućištu releja smješten je mehanizam s kontaktnim sistemom koji čine dva plovka sa permanentnim magnetima za aktiviranje kontakata. Kontakti gornjeg i donjeg plovka isporučuju se kao uklopni (isklopni na zahtjev). Gornji plovak aktivira kontaktni sistem kod

33/37

istisnute količine ulja od 150 do 300 cm3, a donji kod strujanja ulja brzinom 65 do 150 cm/s ( ove veličine mogu se podešavati ). Karakteristike pomoćnih kontakata : - nazivna termička struja Ith : 2 A - nazivni pogonski napon Un : 230 Va.c./d.c. (min. 12 V) - nazivna pogonska struja In : 2 A - AC15 / DC13 (min. 10 mA) - ispitni napon : 2000 V; 50 Hz; 1 min. - tip kontakta : 2 x NO ( uklopni ) 2.7. Zakon sličnosti energetskih transformatora Za energetske transformatore vrijedi zakon sličnosti u ovisnosti o njihovim dimenzijama: Duljina

0xl l x= ⋅ (2.28) Presjek

20xA A x= ⋅ (2.29)

Masa ili volumen

30xm m x= ⋅ (2.30)

3

0xV V x= ⋅ (2.31) Struja

20 xII x ⋅= (2.32)

Napon

20 xUU x ⋅= (2.33)

Snaga

40 xSSx ⋅= (2.34)

Otpor namota

xRRx

0= (2.35)

Gubici tereta

30 xPP ttx ⋅= (2.36)

Gubici u željezu

34/37

3

0 xPP fefex ⋅= (2.37) 2.8. Ispitivanja energetskih transformatora Ciljevi ispitivanja:

- Provjera pogonskih karakteristika - Provjera pogonske pouzdanosti, funkcionalnosti i kvalitete - Baza podataka za buduću dijagnostiku

Vrste ispitivanja:

- Tipska - Rutinska - Specijalna - Dijagnostička

Tipska ispitivanja:

- Mjerenje zagrijanja - Dielektrična ispitivanja (tipska) - Kratkospojna ispitivanja

Rutinska ispitivanja:

- Mjerenje otpora namota - Mjerenje omjera transformacije i provjera grupe spoja - Mjerenje gubitaka i napona k.s. - Mjerenje gubitaka i struje p.h. - Dielektrična ispitivanja (rutinska)

Specijalna ispitivanja:

- Dielektrična ispitivanja (specijalna) - Mjerenje razine buke

- Buka jezgre - Buka ventilatora - Buka namota

35/37

- Ispitivanje otpornosti na k.s. - Mjerenje nulte impedancije - Mjerenje harmonika struje p.h.

Dijagnostička ispitivanja se vrše na terenu u periodima koji su propisani pravilnicima za održavanje (HEP OPS i HEP ODS). Dielektrična ispitivanja Provjera izdržljivosti na normalna i abnormalna naponska naprezanja :

- Trajni pogonski napon - Povremeni pogonski prenaponi - Sklopni prenaponi - Atmosferski prenaponi

Vrste dielektričnih ispitivanja - Strani napon 50 Hz, 1 min. - Inducirani napon - Atmosferski udarni napon - Sklopni udarni napon - Mjerenje parcijalnih izbijanja

Slika 2.10. Ispitni naponi (atmosferski i sklopni) i ispitni laboratorij

36/37

2.9. Sustav monitoringa transformatora Transformatori su ključne komponente u elektroenergetskom sustavu te istovremeno predstavljaju vrlo vrijednu imovinu. Njihovo opremanje sustavom za on-line monitoring neophodno je za prikupljanje informacija neophodnih za procjenu stanja i bolje gospodarenje transformatorom. Značajke sustava: • Sveobuhvatan on-line monitoring sustav energetskih transformatora i prigušnica • Modularni i nadogradiv sustav za nove i postojeće transformatore (naknadna ugradnja),

prilagodljiv svakom transformatoru neovisno o proizvođaču • Omogućuje nadzor i dijagnostiku svih vitalnih dijelova transformatora integracijom

dostupnih senzora i podržavanjem standardnih komunikacijskih protokola • Implementirani modeli za procjenu stanja transformatora (provodnici, termički model,

starenje izolacije, učinkovitost hlađenja, regulacijska sklopka) • Napredni alati za analizu trendova • Interpretacija rezultata analize plinova iz transformatorskog ulja prema važećim

metodama danim u IEC i IEEE normama • Korisnički definirane granice alarma i postavke gradijenta • Dugoročna pohrana podataka i praćenje događaja • Automatsko generiranje izvještaja (periodičko, po događaju i na zahtjev) • Različite mogućnosti daljinskog pristupai • Otkriva greške u nastanku te sprječava ili smanjuje posljedice kvara i neplaniranih

ispada • Omogućuje održavanje na osnovi stanja • Povećava sigurnost ljudi i bolju zaštitu okoliša • Pruža vrijedne podatke za analizu u slučaju kvara • Omogućuje optimizaciju te bolje gospodarenje transformatorom (preopterećivanje,

procjenu preostalog životnog vijeka itd.) • Omogućuje spajanje transformatora na ‘Smart Grid’ Funkcije monitoringa: Zahvaljujući modularnosti bilo koja od slijedećih funkcija može biti uključena u sustav: Provodnici • Naponi • Prenaponi • Promjena kapaciteta provodnika • Tangens delta • Struja Aktivni dio • Snaga (prividna, radna, jalova) • Gubici • Temperatura ulja (pri vrhu i dnu kotla) • Temperatura okoline • Temperatura najtoplije točke namota (računata ili mjerena optičkim termometrima) • Plinovi u ulju (senzori za jedan ili više plinova) • Vlaga u ulju i papiru • Starenje izolacije i životni vijek

37/37

Parcijalna izbijanja • Električne, akustične i UHF metode detekcije Regulacijska sklopka • Položaj regulacije • Broj promjena položaja regulacije • Trajanje preklapanja • Potrošnja motora regulacijske sklopke • Temperatura ulja teretnog dijela sklopke • Ukupna preklopljena struja • Trošenje kontakta Rashladni sustav • Temperature ulja na ulazima i izlazima iz hladnjaka • Učinkovitost hladnjaka • Radni sati uljnih pumpi i ventilatora • Buchholz relej • Razina ulja u konzervatoru • Inteligentno upravljanje rashladnim sustavom • Stanja i alarmi pomoćne opreme (prorada odušnika, kontaktni termometra, termoslika,

Buchholz relej itd.) Alati • Analiza trenda • Pohrana alarma i događaja • Prognoza temperatura uslijed preopterećenja • Eksport podataka u tekst i Microsoft Excel • Automatsko generiranje izvještaja