ЕНЕРГЕТСКИ ТРАНСФОРМАТОРИ (13Е013ЕНТ) јануар 2017

Transcript

1 ЕНЕРГЕТСКИ ТРАНСФОРМАТОРИ (1Е1ЕНТ) јануар 17 Трофазни уљни дистрибутивни трансформатор има следеће номиналне податке: S = kv, U 1 /U = 1 x%/.4 kv, 5 Hz, спрега Dy5, P k =.6 kw, u k = 5 %, P = 4 W, j = %. део 1. ) Нацртати шеме веза и векторски дијаграм напона представљајући намотаје као калемове. Означити све прикључке намотаја (почетке и крајеве). б) Израчунати вредност Филдовог сачиниоца (претпоставити да има једнаку вредност за оба намотаја), ако су отпорности намотаја измерене између прикључних крајева при једносмерној струји и средњој температури намотаја од C R 1DC = 6.95 Ω и R DC =.118 Ω.. Израчунати параметре еквивалентне заменске шеме трансформатора са НН стране. Нацртати шему са унетим бројним вредностима параметара и електричним величинама.. Трансформатор напаја потрошач непознате снаге, при чему средња вредност температуре намотаја у устаљеном стању има вредност 55 C при температури амбијента од С и напон секундара је једнак напону примара (сведеном на секундарну страну). Пораст температуре намотаја у устаљеном стању при номиналном оптерећењу износи 55 С. Користити приближну претпоставку да је пораст температуре намотаја линеарно сразмеран са укупним губицима. Колико износи степен искоришћења снаге трансформатора у овом режиму? Приликом прорачуна занамрити попречну компоненту пада напона. 4. Чему служе, где се постављају и од чега се израђују екрани за смањење губитака у суду трансформатора? 5. На које две величине битне при конструкцији трансформатора утиче радијална компонента поља у намотајима трансформатора? део 6. Колико износи критична вредност струје укључења задатог трансформатора у празан ход са ВН стране? Зависност. m,. флукса од струје празног хода може се приближно изразити као: m(1.4 ),. Колико је приближно времена потребно да струја достигне вредност која одговара устаљeном стању? Занемарити утицај реманентног флукса. 7. Дати трансформатор треба да ради паралелно са трансформатором спреге Dy1 са подацима: S = kv, U 1 /U = 1/.4 kv, Z k '' =.1 + j.7 Ω. Како треба повезати крајеве секундара ових трансформатора (приказати табеларно)? Одредити струје секундара и заједнички напон на секундарним крајевима трансформатора у празном ходу ако је регулациони извод трансформатора спреге Dy5 у положају који обезбеђује минималну вредност струје изједначења. Напон напајања примара једнак је 1 kv. Сматрати да промена положаја регулационог извода не утиче на вредност импедансе трансформатора. 8. Израчунати струје кроз намотаје и линијске проводнике на страни примара и секундара трансформатора у случају да дође до прекида фазе током напајања симетричног трофазног пријемника карактеристика одређених у задатку. Импедансe пријемника су везанe између фазног и нултог проводника. Напајање трансформатора на примару je уравнотеженим симетричним системом напона (напон фазе касни за напоном фазе за 1 ). 9. Од задатог трансформатора превезивањем формирати аутотрансформатор спреге Yy тако да има што већу пролазну снагу. Колико износи пролазна снага и номинални напони и струје овако формираног аутотрансформатора? 1. За један енергетски уљни трансформатор су познате следеће позиције (у односу на дно суда) и висине намотаја и хладњака: дно оба намотаја H, дно хладњака H h (H h > H ), висина намотаја H 1 (>) H, дужина (висина) хладњака H h (>H 1 ). Посматрају се два огледа загревања у кратком споју, оба са истим губицима у намотајима: ONF и ODF, у којима су познате вредности протока уља кроз сваки од намотаја (Q 1, Q ) и кроз хладњак (Q h ); за сваки од ових протока важи да је проток у ODF режиму 4 пута већи од протока у ONF режиму. Познати су порасти температура уља по висини сваког од намотаја и хладњака (Δ 1, Δ и Δ h ; Δ 1 > Δ h > Δ ) и пораст температуре доњег уља у односу на амбијент ( u ) у ONF режиму. Може се сматрати да су порасти температура по висини намотаја и хладњака сразмерани са губицима (у намотајима), односно снагом хлађења (у хладњаку) и обрнуто сразмерни са протоком кроз њих. Нацртати дијаграме промене температуре уља у оба огледа загревања. Снага хлађења је сразмерна разлици средње темперетуре уља у хладњаку и температуре амбијента. НАПОМЕНА: Уколико није другачије наглашено, сматрати да је регулациони извод задатог трансформатора у нултом положају, тј. да је преносни однос U 1 /U = 1/,4 kv. Дозвољено је поседовање само једне свеске за рад и концепт. Прецртати што није за преглед. Интегрални испит: трајање: 18 минута, сваки од задатака носи по 1 поена. Други колоквијум: задаци 6-1, трајање: 1 минута, сваки од задатака носи по 4 поена. У Београду, Проф. др Зоран Радаковић, Проф. др Зоран Лазаревић

2 ЕНЕРГЕТСКИ ТРАНСФОРМАТОРИ (ОГЕТ) јануар год. 1. а) Векторски дијаграм и шем веза су приказани на слици: Dy 5 X Y Z x y z б) Отпорности фаза примара и секундара при једносмерној струји једнаке су: R1 R1DC R RDC.59 Номиналне фазне струје намотаја примара и секундара једнаке су: S 1 f U 6.67 f 1 S U 88.7 Џулови губици у намотајима при температури од C и номиналној струји износе: P ( R R ) 865 W Џулови губици при радној температури износе: Cu 1 1f f P P Cu75 Cu Филдов сачинилац се сада може израчунати као: P kf P W 5 k Cu Оглед ПХ (параметри оточне гране): f 88.7 j f P / 4 / U f 4 / R U f X U f 4 /

3 Оглед КС (параметри редне гране): P,6 1 ' Rk Rk 14.4m R1 R 7.m 88,7 k f Z k u U k 1f 5 4 4m , 7 1f ' X k X k Zk Rk m X1 X 18.7 m 18,7 mω 18,7 mω 8,641 8,66 6,7 Ω. Уз уважавање промене отпорности са температуром: Губици у намотајима при номиналној струји и температури од 55 С могу се одредити као: Pk 55 PCu 75 ( Pk PCu 75) 8.4 W Користећи чињеницу да је однос пораста температура намотаја при датом оптерећењу и у номиналном режиму једнак односу снага губитака у тим режимима, може се одредити релативно оптерећење трансформатора: 55 P P P P ovo k55 k Ако се занемари попречна компонента пада напона, напони ће бити једнаки када је: u r а ( uros uxs ) rtg ux ктивну компоненту напона кратког споја треба израчунати уважавајући промену температуре намотаја: Pk55 ur % S Реактивна компонента напона кратког споја једнака је: X k 1 f ux % U 1f па се има да је: 19.9 os.94, s.41 Сада се може одредити степен искоришћења: S os S os P P k55 Уз занемарење промене отпорности са температуром: 1 98.% Сматраће се да су губици при датој температури намотаја једнаки губицима при номиналној радној температури: P k55 = P k. Сада се из односа температура и губитака добија: 55 P P 55 P P ovo k k.77

4 Исти услов за једнакост напона важи и у овом случају, с тим што је активна компонента напона кратког споја сада једнака номиналној вредности: Pk ur 1 1.8% S Реактивна компонента напона кратког споја иста је као и у претходном случају, па се за фактор снаге оптерећења добија: 1.1 os. 9, s.6 Степен искоришћења је једнак: S os S os Pk 55 P % 4. Теорија. 5. Теорија. 6. Једначина кола једне фазе трансформатора у празном ходу гласи: L1 ( ) U s t R t 1f 1 то јест, изражено помоћу флукса као променљиве стања, и сматрајући да је L 1 ost: Временска промена флукса дата је изразом: U f N R 1 s t 1 1 t L1 / ( t) s e t r m m s( t ) Максимална вредност флукса при укључењу у празан ход у најнеповољнијем тренутку (φ = φ) уз занемарење реманентног флукса једнака је Φ kr = Φ m. Ова вредност флукса припада делу карактеристике магнећења на ком је >., па је критична вредност струје: kr 1 m kr.5 r.j..4 Критична вредност фазне струје у апсолутним јединицама износи:.57 Временска константа једнака је: kr kr 1f L X 1 R1 fr1 Устаљено стање достиже се приближно после t ust = 4τ = 47. s s 7. Векторски дијаграми напона трансформатора и везе крајева примара и секундара: Dy5 А B C Dy1 B C

5 Струја изједначења биће најмања када су преносни односи трансформатора најприближнији. То ће бити испуњено када је регулациони извод у крајњем горњем положају, тј. када је преносни однос првог трансформатора 1-x%/.4 kv. Тада су односи трансформације трансформатора (трансформатор спреге Dy5 биће означаван индексом, а трансформатор спреге Dy1 индексом ): / / Трансформатори у паралелном раду могу бити представљени еквивалентним колом приказаним на слици: У приказаном колу су све величине сведене на секундарну страну. Напони E и E имају следеће вредности: U1 f E 4.6 V E U f 4.5 V У празном ходу Z, па су струје првог и другог трансформатора: E E 1.58 j5.64 Z Z Напон на заједничким крајевима секундара трансформатора једнак је: U E Z E Z 41.7 V U V f l

6 8. = -j 1 = e Z Y Z Y Z Y =. РЕШЕЊЕ ПРЕМА МАТЕРИЈАЛИМА СА ПРЕДАВАЊА, СА ПОТПУНИМ РАЗДВАЈАЊЕМ ДИРЕКТНЕ, ИНВЕРЗНЕ И НУЛТЕ КОМПОНЕНТЕ: За оптерећење из. задатка (интегрални испит): 1 U j j19.9 j19.9 ZY e e 1.5 e S.796 Струје кроз намотаје секундара: U 4 Z 1.5 e Y 9.7 e j j e j19.9 Симетричне компоненте струја кроз намотаје секундара: 1 1 j j e e '' j '' 9.79 e e 19.9 j e j 19.9 j '' e 79.9 Струја у неутралном проводнику секундара: j e 1 '' Симетричне компоненте струја кроз намотаје примара:

7 .4.4 e 1 1 j4.7 ' '' '' j19.9 ' '' ''.59 e j79.9 ' '' '' e j19.9 ' ' ' 5.9 e j1.7 B ' ' ' 5.9e C ' ' ' Симетричне компоненте струје кроз линијске проводнике на примарној страни: l e e l l j 49.9 ' j 6.1 e e j j49.9 '.65 Струје кроз линијске проводнике на примарној страни: j19.9 А l l l l 5.9e B l e C l j1.7 l l l e j79.9 l l l 5.9 За усвојено оптерећење S = 18 kv, osφ =.8 инд. (. колоквијум): Струје кроз фазне проводнике секундара: U 4 j j19.9 Z 1.5 e Y 59.8 e j j e e Струје кроз фазне проводнике примара: e B j e C j Струје кроз линијске проводнике примара: e l j

8 Bl Cl j e j.1 6. e НАПОМЕНА: У овој варијанти решења, ознака прим означава величине са примарне стране, а не збир директне и инверзне компоненте.. РЕШЕЊЕ ПРЕМА МАТЕРИЈАЛИМА СА РАЧУНСКИХ ВЕЖБИ, СА ПОСМАТРАЊЕМ ДИРЕКТНЕ И ИНВЕРЗНЕ КОМПОНЕНТЕ ОБЈЕДИЊЕНО (ПОСТУПАК ПРИКАЗАН НА ПРИМЕРУ ОПТЕРЕЋЕЊА ИЗ. ЗАДАТКА): Струје кроз намотаје секундара: U 4 Z 1.5 e Y j e j e j Нулта компонента струје кроз намотаје секундара (иста у све три фазе): 1 1 j j e e а Збир директне и инверзне компоненте струје фаза секундара: j.4 а '.7 e j '.7 e j19.9 ' 76.6 e Директна и инверзна компонента се преносе са секундара на примар обрнуто сразмерно односу трансформације:.4 j9.4 А' а' 4.68 e 1.4 j B' ' 4.68 e 1.4 j19.9 C' ' e 1 С обзиром на врсту спреге, и нулта компонента се преноси у намотаје примара на исти начин као и директна и инверзна: j А а e 1 Фазне струје примара се сада могу израчунати као: e j19.9 А' А 5.9 e j1.7 B B ' 5.9 ' C C Струје кроз линијске проводнике на примарној страни могу се одредити на основу шеме веза примара као:

9 e А l А С B l В А j e e C l С В j j НАПОМЕНА: У овој варијанти решења, ознака прим означава збир директне и инверзне компоненте. Величине са примарне стране су означене великим словима А, В, С у индексу, а величине са секундарне стране малим словима а,,. У ознаци нултих величина, ознака фазе стоји само како би се разликовала нулта компоненте струје са примарне и секундарне стране, при чему су, наравно, нулте компоненте у све три фазе међусобно једнаке ( = B = C и = = ). 9. а) Тражена спрега аутотрансформатора приказана је на слици. 1 = f 1f Како би се остварила што већа пролазна снага, потребно је да преносни однос буде што мањи. У том случају високонапонски намотај трансформатора треба везати као доњи намотај. Тада напони и струје аутотрансформатора имају следеће вредности: U ( U U ) 17.7kV, 88.7 U 1 1 1f f 1 f U 17. kv, 95. U U 1f 1f f 1. Пролазна снага аутотрансформатора једнака је: S P S U1 1 U 8.86 MV 1

10 1. H st je porst sreje temperture ulj u hljku ONF ODF Hh H1 uh u u1 H Hh-H H θ Δθuvh θsh Δθuv θ Δθuv1 θsu5 ' ONF " ODF uv 1" uv" uvh " 1 ' ' ' 4 uv1 uv uvh