Maturski Rad

JU ''SREDNJA ŠKOLA'' KONJIC

ŠKOLSKA GODINA

ELEKTROTEHNIČKA ŠKOLA

2011/12

KONJIC

MATURSKI RAD Nastavni predmet: Elektroenergetska postrojenja Tema: MJERNI TRANSFORMATORI

Mentor:

Kandidat:

Arnel Padalović, dipl.ing.el.

Halil Bakalović IV E.T. Konjic, maj 2012

Maturski Rad

Mjerni transformatori

SADRŽAJ

UVOD

2

1. MJERNI TRANSFORMATORI

3

2. STRUJNI MJERNI TRANSFORMATORI

4

2.1 Svrha i princip rada strujnih mjernih transformatora

4

2.2 Karakteristike strujnog mjernog transformatora

7

2.3 Konstruktivne izvedbe strujnih mjernih transformatora

10

2.4 Obilježavanje i način uzemljenja krajeva namotaja strujnih mjernih transformatora

12

2.5 Strujni mjerni transformatori za istosmjernu struju

12

3. NAPONSKI MJERNI TRANSFORMATORI

13

3.1 Svrha i princip rada naponskih mjernih transformatora

13

3.2 Karakteristike naponskih mjernih transformatora

14

3.3 Konstruktivne izvedbe strujnih mjernih transformatora

16

3.4 Obilježavanje krajeva naponskog mjernog transformatora

18

3.5 Kapacitivni mjerni transformatori

18

4. ZAKLJUČAK

19

5. LITERATURA

20

1

Maturski Rad

Mjerni transformatori

UVOD U ovom maturskom radu obrazložićemo temu vezanu za mjerne transformatore kao dio postrojenja, i sa njima se upoznati malo više nego što smo to dosada radili. Mjerni transformatori imaju veliku primjenu u

postrojenjima, pored pružanja dobre sigurnosti

osoblja u postrojenjima, mjerni transformatori se koriste za snižavanje visokih vrijednosti struja, koje bi nam povećali presjeke vodiča i sile izmeĎu vodiča, i napona, čija bi velika vrijednost zahtijevala veliku izolaciju i dimenzije instrumenata i releja što bi znatno poskupile izradu transformatora, koje obični mjerni instrumenti (voltmetar, ampermetar, vatmetar, razni releji) ne bi mogli mjeriti. Mjerni transformatori se mogu koristiti kod mjerenja i kod zaštite postrojenja. Mjerne transformatore za mjerenje u postrojenju možemo da podjelimo na strujne mjerne transformatore (one koji snižavaju visoku struju) i naponske mjerne transformatore (koji snižavaju visoki napon). Zbog neželjenih posljednica koje smo pomenuli, mjerni transformatori za mjerenje snižavaju (transformišu) struje i napone na standardne vrijednosti: -

Struje do 5 A (strujni mjerni transformatori) i

-

Napone do 110 V(naponski mjerni transformatori).

Prvi mjerni transformator koji ćemo obraĎivati jeste strujni mjerni transformator. Strujni mjerni transformatori se mogu koristiti za transformaciju struja visokonaponskih vodova i velikih struja nisokonaponskih vodova. Prema tome strujne mjerne transformatore možemo podijeliti na strujne mjerne transformatore za niski napon i strujne mjerne transformatore za visoki napon. TakoĎer ćemo govoriti i o strujnim mjernim transformatorima za istosmjernu struju, i njihovom načinu mjerenja. Govorićemo takoĎe i o naponskim mjernim transformatorima koje možemo da podjelimo prema konstrukciji na suhe, uljne i malouljne, i prema izolaciji na: jednopolno izolirane, dvopolno izolirane i trofazne naponske mjerne transformatore. TakoĎer imamo i kondenzatorske ( kapacitivne) naponske mjerne transformatore. Mjerni transformatori se sastoje od jezgre koja je od feromagnetnog materijala, i namotaja koji su najčešće od bakra (Cu). Mjerni transformatori se izraĎuju sa dva osnovna namotaja: primar i sekundar. 2

Maturski Rad

Mjerni transformatori

1. MJERNI TRANSFORMATORI UreĎaji za mjerenje i zaštitu u visokonaponskim postrojenjima ne priključuju se direktno na vodove visokog napona. Ako bi ih priključili direktno na vodove visokog napona oni bi bili mnogo veći i skuplji, zbog velikog napona izolacija bi bila veća, i velikih struja gdje bi presjek vodiča bio veći. Da bi se izbjeglo direktno priključenje instrumenta i releja na visokonaponske vodove, upotrebljavaju se mjerni transformatori koji visoke napone i struje transformišu na vrijednosti koje omogućavaju upotrebu instrumenata i releja normalnih dimenzija. Time se postižu sljedeće osnovne prednosti: -

mjerene struje i napona različitih nazivnih vrijednosti, transformiraju se uvijek na iste nazivne vrijednosti (redovito uz struje od 1 A ili 5 A i napone 100 V).

-

pomoću mjernih transformatora mjerni se instrumenti i ureĎaji izoliraju od visokih napona u mjernom krugu, tako da rukovanje njima postaje bezopasno, a njihova se konstrukcija pojednostavljuje jer ih ne treba izolirati za visoki napon.

-

mjerni instrumenti i ureĎaji mogu biti prostorno mnogo udaljeni od mjerenog strujnog kruga

-

udaljavajući mjerne instrumente i ureĎaje od mjernog strujnog kruga sprječava se da na rad instrumenta utječe često snažno magnetsko i električno polje mjernog kruga

-

posebnim izvedbama mjernih transformatora zaštićuju se mjerni instrumenti i ureĎaji od štetnog dinamičkog i termičkog učinka struja kratkog spoja u mjerenome strujnom krugu

-

strujni krugovi se galvanski odvajaju

Mjerni se transformatori obično sastoje od jezgre izraĎene od magnetnog materijala, te od primarnog i sekundarnog namota koji su meĎusobno odvojeni i izolirani. Primarni se namoti uključuju u mjerni krug, a na sekundarne stezaljke se priključuju mjerni instrumenti ili zaštitni ureĎaji. Upotrebljavaju se dvije grupe mjernih transformatora a to su: -

Strujni mjerni transformatori i

-

Naponski mjerni transformatori

3

Maturski Rad

Mjerni transformatori

2. STRUJNI MJERNI TRANSFORMATORI

2.1 Svrha i princip rada strujnih mjernih transformatora Strujni mjerni transformator je takva vrsta mjernog transformatora koji se upotrebljava pri mjerenju struja velikih vrijednosti koje bi inače bilo teško mjeriti nekom direktnom metodom kao i za relejnu zaštitu. Strujni mjerni transformatori imaju dva osnovna namotaja: primar i sekundar, sa željeznom jezgrom od limova, što možemo da vidimo na slici 1.

Slika 1. Strujni mjerni tansformator sa namotajima

Primarni namotaj se spaja u seriju sa potrošačima pa struja koja protiče kroz ovaj namotaj je gotovo neovisna o teretu koji je priključen na sekundarnu stranu. Ako bi uporedili rad energetskog transformatora sa SMT1 vidjeli bi da su kod energetskog transformatora U1 (nazivni napon primara) i I0 (struja magnetiziranja) neovisni o impedanci koja je spojena na sekundarnu stranu. Zbog tih razloga slijedi i različito ponašanje SMT-a u praznom hodu i kratkom spoju na sekundarnim stezaljkama. Kod praznog hoda SMT-a struja koja teče primarnim namotajem jednaka je struji koja magnetiše jezgro, jer kroz sekundarni namotaj ne teče struja jer su stezaljke otvorene. Iz ovoga proizilaze sljedeće posljedice: Dolazi do povećanja gubitaka u željezu (dolazi do zagrijavanja jezgre tako da željezni limovi mogu da promjene svoja magnetna svojstva), takoĎer dolazi do povećanja napona na sekundarnim stezaljkama koji može da ugrozi izolaciju, i osoblje. Zbog toga se nikada ne smije ostaviti sekundarni namotaj otvoren.

1

SMT – Strujni mjerni transformator

4

Maturski Rad

Mjerni transformatori

Kod rada SMT-a u kratkom spoju neće doći do nikakve opasnosti ako se njegove sekundarne stezaljke kratko spoje, jer tada će struja sekundara biti neznatno veća od struje u normalnom pogonu uz priključenu impedancu (potrošač) na sekundar. Strujni mjerni transformator je zapravo jednofazni transformator sa kratko spojenim sekundarom. Strujni mjerni transformatori transformišu: struju visokonaponskih vodova i velike struje niskonaponskih vodova. Tako da razlikujemo dvije vrste strujnih mjernih transformatora, transformator za niski napon i trasformator za visoki napon. U strujnom mjernom transformatoru sekundarna struja zavisi od primarne struje. Primarni napon je jednak padu napona na primaru, i zavisi o veličini primarne struje i od opterećenja koje je priključeno na sekundar. Ako opterećenje na sekundaru poraste to jeste, ako priključimo veći broj aparata na sekundar, tada dolazi do porasta primarnog napona i primarne struje magnetiziranja. Poznato je ukoliko struja primara ima stalnu vrijednost, tada ce struja magnetiziranja ovisiti samo o impedanci Z koja je priključena na sekundar. Prema tome uz porast sekundarne impedance Z, raste i pad napona, a samim tim i struja magnetiziranja I0. Svoju najveću vrjednost struja magnetiziranja ima kada je sekundarna impedanca beskonačno velika, to jest kada je sekundarni namotaj otvoren. Kada je sekundarni namotaj otvoren struja magnetiziranja je jednaka primarnoj struji. Prema tome struja magnetiziranja sa otvorenim sekundarnim namotajem može porasti za deset ili čak za sto puta od nominalne struje magnetiziranja, zbog toga će se na sekundaru pojaviti visoki naponi opasni po život koji će znatno oštetiti izolaciju namotaja pa čak i sam namotaj. Iz ove tvrdnje slijedi zlatno pravilo rada sa strujnim mjernim transformatorima koje glasi: „Primarno priključen strujni mjerni transformator ne smije biti otvoren na sekundarnoj strani, to jest mora mora biti zatvoren, ili preko potrošača ili kratko spojen“

2

Kao

posljedica ovog pravila je činjenica da se u sekundarni krug strujnog mjernog transformatora nikada ne ugraĎuju osigurači, jer kada bi oni pregorili tada bi strujni krug ostao otvoren. Struje primara (I1) i sekundara (I2) su u obrnuto proporcijonalnom odnosu sa namotajima primara (N1) i sekundara (N2).

=

( 1 .)

2

Zlatno pravilo za strujni mjerni transformator, udžbenik RASKLOPNA I RAZVODNA postrojenja za 3 i 4 razred srednje elektrotehničke škole, autor Rajko Misita dipl.ing.prof.

5

Maturski Rad

Mjerni transformatori

Slika 2. Strujni trafo tipa AGU3 420 kV u postrojenju u Mađarskoj

Slika 3. Visokonaponski strujni mjerni transformator za napone do 110 kV

3

AGU – Visokonaponski strujni transformator tipa AGU je inverzni tip strujnog transformatora, koji ima kao glavnu izolaciju izolacioni papir impregniran transformatorskim uljem u vakuumu.

6

Maturski Rad

Mjerni transformatori

2.2 Karakteristike strujnog mjernog transformatora Pri odabiru strujnih mjernih transformatora moramo pored nazivnog napona i nazivne frekvencije mreže poznavati i sljedeće karakteristike: -

Prenosni odnos (kn) ;

-

Nazivna primarna struja

-

Nazivna sekundarna struja (

-

Klase tačnosti;

-

Nazivna snaga (Sn);

-

Strujni višekratnik ili faktor sigurnosti (n);

-

Termička granična struja (Iter);

-

Dinamička granična struja (Idin);

); );

Prenosni odnos transformacije kn je definisan kao odnos nazivne primarne struje I1n i nazivne sekundarne struje I2n:

kn =

( 2. )

Nominalna vrijednost primarne struje zavisi od mjesta primjene strujnog mjernog transformatora i može da ima vrijednost od 1A do par hiljada ampera. Strujni mjerni transformatori se izraĎuju za sljedeće nazivne primarne struje: 5A, 10A, 15A, 20A, 25A, 30A, 40A, 50A, 60A, 75A i decimalni umnošci navedenih. Proizvode se i visokonaponski strujni mjerni transformatori čija je vrijednost naznačene primarne struje manja od 5A i to radi odvajanja visokog napona od mjernih ureĎaja. Sekundarna nazivna struja je uvijek 5A, bez obzira na vrjednost primarne struje. Poseban slučaj je da sekundarna struja može imati vrijednost 1A samo kada se strujni mjerni transformator i ureĎaji (mjerni i zaštitni) nalaze na velikoj udaljenosti (naprimjer kod elektrana). Klasa tačnosti je odreĎena strujnom greškom koja i kod najkvalitetnijih SMT mora postojati i uvijek se odnosi za nazivnu struju. Greške kod strujnih mjernih transformatora se dijele na strujne i ugaone (kutne). Kod strujnih mjernih transformatora razlikujemo pet klasa tačnosti a one su: 0,1 ; 0,2 ; 0,5 ; 1 ; 3 ; 5 (%). Pored strujne greške definišemo i ugaonu (kutnu) grešku. Kutna greška je pozitivna ako sekundarna struja prednjači primarnoj struji. Kutna greška se mjeri u lučnim minutama i za klase tačnosti iznosi: za 0,1 kutna greška je ±5 lučnih minuta, za 0,2 kutna greška je ±10

7

Maturski Rad

Mjerni transformatori

lučnih minuta, za 0,5 kutna greška je ±30 lučnih minuta i za 1,0 kutna greška je ±60 lučnih minuta. Za klase tačnosti 3 i 5 ugaona greška nije definisana. Nazivna snaga je prividna snaga izražena u VA (voltamperima) koju transformator šalje u sekundarni krug. Nazivna snaga je data izrazom Sn = I22 ∙ Zn (VA) , gdje je Zn (Ω) nazivna sekundarna impedanca. S obzirom da je elektromotorna sila indukovana u sekundarnom namotaju jednaka:

E = 4,44 ∙ N ∙ ƒ ∙ a ∙ B

( 3.)

Gdje je : -

N - broj namotaja sekundara

-

ƒ - naznačena frekvencija (Hz)

-

a - presjek jezgra

-

B – magnetna indukcija u jezgru

dobijamo da je snaga koja se prenosi na sekundar jednaka:

S = 4,44 ∙ N ∙ ƒ ∙ a ∙ B ∙ I2 (VA)

( 4.)

Gdje je: I2 - struja sekundara Klasa tačnosti strujnog mjernog transformatora uvijek se odnose na nazivnu snagu strujnog mjernog transformatora. Ukoliko na sekundarne stezaljke strujnog mjernog transformatora priključimo veće ili manje opterećenje od nazivnog promjenuti će se i greška SMT-a. Zato je za tačnost rada strujnog mjernog transformatora veoma važno da bude opterećen nazivnom snagom. Snagu strujnog mjernog transformatora odreĎuju instrumenti i releji koji su spojeni na sekundarnu stranu. Nazivne snage strujnih mjernih transforormatora su standardizirane i date su u sljedećoj tabeli: Tabela 1. Tabela nazivnih snaga strujnih mjernih transformatora

Nazivna snaga 5

10

15

30

45

60

90

120

180

kod 5A

0,2

0,4

0,6

1,2

1,8

2,4

3,6

4,8

7,2

kod 1A

5

10

15

30

45

60

90

120 1804

S (VA) Nazivna impedanca Z (Ω)

4

Tabela br.2.9.3. Nazivne snage strujnih transformatora, udžbenik RASKLOPNA I RAZVODNA postrojenja za 3 i 4 razred srednje elektrotehničke škole, autor Rajko Misita dipl.ing.prof.

8

Maturski Rad

Mjerni transformatori

Strujni višekratnik ili faktor sigurnosti (n) je jedan od važnih parametara strujnog mjernog transformatora. Ako bi povećavali primarnu struju uz konstantnu impedancu na sekundaru, tada došlo do porasta i pogreška SMT-a. On je višekratnik nazivne primarne struje, kod koje uz nazivnu impedancu, strujna greška iznosi 10%. „Ako na primjeru tabele na strujnom mjernom transformatoru pročitamo sljedeće podatke: S=90 (VA) ; 400/5 (A) ; kl.1 ; n=10 tada nam strujni višekratnik n=10 opisuje tačnost strujnog mjernog transformatora. To pokazuje da će strujni mjerni transformator kod desetorostruke vece primarne struje, to jest 400 ∙ 10 = 4000A, raditi sa greškom od 10%.“5 Treba napomenuti da se ovaj faktor odreĎuje za nominalno opterećen strujni mjerni transformator. Ukoliko na sekundarnu stranu nije priključena nazivna impedanca

, već

novi strujni višekratnik

će iznositi: n1 ≈ n ∙

Za zaštitne releje veoma je važan rad u području velikih struja, pa se zbog toga od SMT-a zahtijeva što pouzdanija transformacija u području visokih struja. Zbog toga se releji spajaju na SMT-e sa velikim faktorom sigurnosti (n>10). Termička granična struja Iter (kA) koja je navedena na natpisnoj pločici je efektivna vrijednost primarne struje koju strujni mjerni transformator moze podnijeti bez ostećenja i zagrijavanja, za vrijeme od 1sekunde. Ona se može izraziti izrazom: Iter = (60 do 120) ∙ In1.

( 5.)

Iz izraza vidimo da je termička granična struja od 60 do 120 puta veća od nazivne primarne struje. Ukoliko kratak spoj traje „t“ sekundi tada je struja

=

data izrazom: ( 6.)

√

Dinamamička granična struja Idin (kA) je najveća vrijednost primarne struje, koju strujni mjerni transformator može po0dnijeti bez oštećenja od dinamičkih sila. Dinamička granična struja je data izrazom: Idin = ( 200 do 250 ) ∙ In1, dok za mjesto priključka SMT-a mora vrijediti sljedeća relacija:

≤

.

Strujni mjerni transformator je termički i dinamički dobro odabran ako mu je termička granična struja veća od struje kratkog spoja, i ako mu je dinamička granična struja veča od udarne struje kratkog spoja. 5

Primjer iz udžbenika Rasklopna i razvodna postrojenja za 3 i 4 razred srednje elektrotehničke škole, autor Rajko Misita dipl.ing.prof.

9

Maturski Rad

Mjerni transformatori

2.3 Konstruktivne izvedbe strujnih mjernih transformatora Strujni transformatori za niski napon su najčešće izvedeni sa izolacijom od epoksidne smole (ponekad i od plastike) i to u vidu takozvanog obuhvatnog transformatora. Strujni mjerni transformatori za srednje napone 6, 10, 20 i 35 kV i visoke napone 110 kV i više, imaju značajno drugačiji izgled.

Transformatori

za srednje napone se takoĎe najčešće rade sa

izolacijom od epoksidne smole, dok se strujni transformatori za visoki napon izraĎuju izolovani uljem ili što je danas najčešće gasom SF6 (sumporheksafluorid). Strujni mjerni transformatori se izraĎuju najčešće u sljedećim oblicima: suhi, malouljni, štapni, potporni i zamkasti. Suhi strujni mjerni transformatori (slika 4.) izraĎeni su od porculana. IzraĎuju se za nazivne napone do 35 kV, zbog svojih malih dimenzija može se postavljati u bilo kom području. Koriste se samo za unutrašnju montažu. Malouljni strujni mjerni transformatori (slika 5.) se izraĎuju za nazivne napone do 60 kV, postavljaju se okomito tako da oba primarna izvoda prolaze kroz jedan zajednički izolator (ulje). Za napone do 35 kV izraĎuju se sa metalnim kotlom dok za napone 60 kV i više, namotaji i jezgra nalaze se u izolatoru. U novije vrijeme izvode se tako da se namotaji i jezgra nalaze u kotlu na dnu izolatora. Štapni strujni mjerni transformator (slika 6.) se koristi i izraĎuje za samo velike struje, jer se sastoji od jednog navoja(vodiča). Najčešće se koristi kao provodni izolator. Mogu se prespajati samo sekundarno. Izvode se za primarne nazivne struje od 100 A i više. Normalno se izvode za napone do 35 kV. Potporni uljni strujni mjerni transformatori se izraĎuju za najviše napone i za vanjsku montažu. Veoma su jednostavne konstrukcije i jeftini su. Zamkasti strujni mjerni transformatori (slika 7.) su nastali kao pokušaj da se dobiju dobre osobine štapnog strujnog mjernog transformatora kod malih struja ili gdje je potrebna mogućnost prespajanja na primarnoj strani. UgraĎuju se tamo gdje je nepovoljna štapna izvedba radi malih primarnih struja. Dinamička granična struja im je ograničena, ali je i dosta velika. Sastoji se od dva provodna izolatora. UgraĎuju se u bilo kom položaju. Izvode se za napone do 35 kV.

10

Maturski Rad

Mjerni transformatori

Slika 4. Suhi strujni mjerni transformator 10 kV

Slika 5. Malouljni strujni mjerni transformator 10 kV

Slika 6 . Štapni strujni mjerni transformator 35 (30) kV

Slika 7. Zamkasti strujni mjerni transformatori 10 kV

11

Maturski Rad

Mjerni transformatori

2.4 Obilježavanje i način uzemljenja SMT-a Obilježavanje krajeva namotaja primara je velikim slovima K i L idući u smjeru energije. Primarne stezaljke strujnih transformatora označavaju se velikim slovima K i L a sekundarne stezaljke malim slovima k i l. Dijelove strujnog mjernog transformatora koji nisu pod naponom moramo uzemljiti. Uzemljujemo i jednu stezaljku sekundarnog namotaja (najčešće stezaljku k). U slučajevima kada imamo dvostrano napajanje, a kako sabirnice u postrojenju smatramo tim izvorom, idući od njih prvo dolazi stezaljka K. Kod niskonaponskih strujnih mjernih transormatora uzemljenje nije potrebno.

2.5 Strujni mjerni transformatori za istosmjernu struju Za mjerenje velikih istosmjernih struja koriste se transformatori koji podsjećaju na strujne mjerne transformatore za izmjeničnu struju. Najčešći način mjerenja istosmjerne struje je pomoću instrumenta sa zakretnim svitkom i paralelnim otpornikom (shuntom). On nije pogodan za mjerenje vrlo velikih istosmjernih struja, jer tada dolazi do velikih gubitaka u shuntu. SMT za istosmjernu struju prikazan je na slici 6.

Slika 6. Strujni mjerni transformator istosmjerne struje a) shematski prikaz; b) primarna struja I1, izmjenična sekundarna struja I2~, istosmjerna sekundarna struja I2=

12

Maturski Rad

Mjerni transformatori

3. NAPONSKI MJERNI TRANSFORMATORI

3.1 Svrha i princip rada naponskih mjernih transformatora Svrha naponskih mjernih transformatora je ta da visoki napon spuste (sniže) na vrijednost napona koja je podesena za priključak mjernih instrumenata i releja. Time se takoĎer postiže sigurniji rad osoblja. U odnosu na strujne mjerne transformatore, naponski mjerni transformatori su ustvari normalni energetski transformatori koji rade u praznom hodu, pa prema tome odnos napona(primara i sekundara) je jednak odnosu namotaja. Osnovna razlika u odnosu na energetski transformator je ta što je slabo opterećen zbog toga što bi naponska pogreška bila manja. Koristi se kada je potrebno izmjeriti visoke napone koje bi bilo teško izmjeriti direktnom metodom, to jest ako bi takvi ureĎaji i postojali, oni bi bili veoma velikih dimenzija i bili bi skupi. Naponski mjerni transformatori su napravljeni da imaju tako tačan prenosni odnos da precizno snize napon, tako da se može mjeriti na bezbjednom naponu (tipično 100 V). IzraĎeni su tako da prestavljaju zanemarivo malo opterećenje naponu koji mjerimo. S obzirom na trošilo koje se priključuje na njihovu sekundarnu stranu upotrebljavaju se naponski mjerni transformatori za mjerenje i naponski mjerni transformatori za zaštitu. Od naponskih mjernih transformatora za mjerenje zahtijeva se velika tačnost ali samo na uskom naponskom području. Kod naponskih mjernih transformatora za zaštitu se zahtjeva, da ona bude održana na mnogo širem naponskom području. Naponske i fazne pogreška induktivnog naponskog transformatora nastaju zbog padova napona koje pobuĎuju primarna i sekundarna struja u njegovim djelatnim induktivnim otporima. Padovi napona kod naponskih mjernih transformatorima bit će manji okoliko je manje opterećenje transformatora, odnosno ukoliko se transformator približi stanju praznog hoda. Namotaji mjernih transformatora najčešće su od bakarne žice izvučene od elektrolitskog bakra kome je čistoća najmanje 99,9%. Bakarne žice okruglog presjeka su izolovane lakom na bazi sintetičkih smola.

13

Maturski Rad

Mjerni transformatori

3.2 Karakteristike naponskih mjernih transformatora Pri odabiru naponskih mjernih transformatora moramo znati sljedeće karakteristike: -

Prenosni odnos transformacije (kn);

-

Nazivnu snagu (Sn);

-

Klasu tačnosti.

Prenosni odnos transformacije naponskih mjernih transformatora (kn) je definisan kao meĎusobni omjer njegovog nazivnog primarnog napona U1n i njegovog nazivnog sekundarnog napona U2n (izraz 7.). Dobije se iz izraza:

kn =

( 7.)

Primarni nazivni napon je jednak nazivnom linijskom naponu (naprimjer 110 kV), ako je riječ o dvopolno izoliranim NMT6-om odnosno nazivni primarni napon je jednak nazivnom faznom naponu (naprimjer

√

kV), ako se radi o jednopolno izoliranim NMT-om. MeĎutim u

odnosu na primarni napon, sekundarni napon je uvijek vrijednosti 100 V u prvom slučaju, odnosno

√

u drugom slučaju, bez obzira na veličinu primarnog napona. Kod starijih

naponskih mjernih transformatora za velika postrojenja napon na sekundaru je iznosio 110 V, ali današne izvedbe NMT-a za velika postrojenja izraĎuju se sa naponom sekundara koji iznosi 200 V. Nazivna snaga naponskog mjernog transformatora je ona snaga kojom se transformator može trajno opteretiti, a da transformator ne preĎe zadanu klasu tačnosti. Potrebno je voditi računa i o graničnoj snazi naponskog transformatora u pogledu dozvoljenog zagrijavanja. Nazivna snaga naponskog mjernog transformatora je prividna snaga koja se izražava u VA (voltamperima). Potrebna nazivna snaga naponskog mjernog transformatora se odreĎuje na osnovu snage instrumenata, releja i ureĎaja koji će biti priključeni na naponski mjerni transformator. Nazivne snage naponskih mjernih transformatora su standardizirane i one iznose : 5, 10, 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180, 240, 300, 450, 600, 900 i 1200 VA.

6

NMT- Naponski mjerni transformator

14

Maturski Rad

Mjerni transformatori

Priključeni instrumenti, releji imaju svoj prividni otpor koji nazivamo nazivna impedanca. Kada bi nazivnu snagu označili sa

(VA), a nazivni sekundarni napon sa

nazivna impedanca bila data izrazom : Z =

(Ω)

(V), tada bi ( 8.)

Klasa tačnosti naponskih mjernih transformatora je u direktnoj vezi sa naponskom i ugaonom greškom. S obzirom na dozvoljene naponske greške, naponske transformatore mozemo svrstati u pet klasa tačnosti, a one su: 0,1 ; 0,2 ; 0,5 ; 1 ; 3 (%). Prema tome, naponski mjerni transformatori su svrstani u iste klase tačnosti kao i strujni mjerni transformatori, pa se zbog toga mjerni instrumenti i releji, koji imaju i strujnu i naponsku granu (brojila na primjer), moraju da se spoje na sekundarne stezaljke strujnog i naponskog mjernog transformatora istih klasa tačnosti. Pored naponske greške i kod naponskog mjernog transformatora definišemo i kutnu (ugaonu) grešku. Za neke klase tačnosti kutne greške iznose: za ±0,1 kutna greška iznosi ±5; za 0,2 kutna greška iznosi ±10; za 0.5 kutna greška iznosi ±20; za 1 kutna greška iznosi ±40. Za klasu tačnosti 3 nije definisana kutna greška. Klasa tačnosti je jednaka maksimalnoj dozvoljeno naponskoj greški kada je primarni napon u granicama od 0,8 ∙ U1n do 1,2 ∙U1n.

Slika 7. Naponski trafo tipa VPU7 420 kV u postrojenju u Mađarskoj

7

VPU – Visokonaponski transformator tipa VPU je induktivni NMT sa otvorenom magnetnom jezgrom, i kao glavnu izolaciju koristi izolacioni papir impregniran transformatorskim uljem u visokom vakuumu.

15

Maturski Rad

Mjerni transformatori

3.3 Konstruktivne izvedbe naponskih mjernih transformatora Razlikujemo tri osnovna tipa naponskih mjernih transformatora a oni su: -

jednopolno izolirani (slika 8);

-

dvopolno izolirani (slika 9);

-

trofazni naponski mjerni transformatori (slika 10).

Jednopolno izolirani NMT ima samo jedan visokonaponski priključak (izolator) i jedan niskonaponski priključak, dok je drugi kraj niskonaponskog i visokonaponskog namota spojen sa metalnim kućištem i uzemljen. Jednopolno izolirani NMT prikazan je na slici 8.

Slika 8. Malouljni jednopolno izolirani NMT

Dvopolno izolirani NMT ima dva visokonaponska priključka (izolatora) i dva niskonaponska priključka. Jedan takav dvopolno izolirani NMT prikazan je na slici 9.

Slika 9. Malouljni dvopolno izolirani NMT

16

Maturski Rad

Mjerni transformatori

Oba tipa NMT-a mogu se upotrijebiti za mjerenje u trofaznom sustavu i to spajanjem u slog naponskih transformatora. Da bi se ostvario slog naponskih mjernih transformatora, potrebna su dva dvopolno izoliranaNMT-a ili tri jednopolno izoliranaNMT-a. U prvom slučaju mogu se mjeriti samo linijski naponi, dok se u drugom slučaju mogu mjeriti i linijski i fazni naponi. Naponski mjerne transformatore po konstrukciji dijelimo na: -

Suhe

-

Malouljne

-

Uljne

Suhi naponski mjerni transformatori se koriste za napone do 10 kV, a za veće napone, do 35 kV, se koriste uljni i malouljni, jednopolno ili dvopolno izolirani, NMT-i. Prednost u upotrebi imaju malouljni NMT-i radi manje opasnosti od zapaljenja ili eksplozije. Malouljni NMT je prikazan na slici 8. Za napone 110 i 220 kV koriste se isključivo uljni jednopolno izolirani. Za izgradnju NMT-a napona 110 i 220 kV najviše troškova otpada na izolator.

Slika 10. Trofazni naponski mjerni transformator

17

Maturski Rad

Mjerni transformatori

4.4 Obilježavanje krajeva naponskog mjernog transformatora Krajeve (stezaljke) dvopolno izoliranih jednofaznih NMT-a na primarnoj strani označavamo sa U i V (velika slova), a na sekundarnoj strani sa u i v (mala slova). Stezaljke jednopolno izoliranih NMT-a na primarnoj strani obilježavamo sa U i X (velika slova), a na sekundarnoj sa u i x (mala slova) , tako da su stezaljke X i x uzemljeni. Trofazna NMT-e obilježavamo na primarnoj strani sa U, V, W (velika slova), a sekundarnu stranu sa u, v, w (mala slova). Stezaljka v je najčešće uzemljena zbog pojave kratkog spoja.

4.5 Kapacitivni naponski mjerni transformatori Za mjerenje visokih napona, umjesto induktivnih transformatora, vrlo često se koriste kapacitivni naponski mjerni transformatori. Shema spoja jednog takvog kapacitivnog naponskog mjernog transformatora prikazana je na slici 11. Za napone 110 kV i niže, jeftiniji su indukcioni naponski mjerni transformatori, ali za napone iznad 110 kV koriste se iskljucivo kapacitivni naponski mjerni transformatori.

Slika 11. Shema spoja kondenzatora kod kapacitivnog naponskog mjernog transformatora

18

Maturski Rad

Mjerni transformatori

Po konstrukciji, kapacitivni transformatori su kondenzatori smešteni u provodni izolator i spojeni na red. Nekoliko ovih kondenzatora predstavlja visokonaponsku granu i dio CV, a manji broj kondenzatora predstavlja niskonaponski granu Cn na koju je priključen zaštitni ureĎaj ili voltmetar (slika 11.). Uglavnom se za ovakve transformatore koriste elektrostatički ili cjevni voltmetri zbog veoma velike unutrašnje impedance. Zbog toga je struja koja protiče kroz voltmetar praktično zanemarljiva, pa važi jednačina:

( 9.)

Kako znamo da je efektivna vrijednost kapacitivnosti jednaka rednoj vezi kondenzatora (izraz 10.) :

( 10.)

Tada dobijamo da je :

(11.)

Odnosno, dobijamo da je odnos transformacije jednak :

( 12.)

Odakle slijedi da je odnos transformacije praktično jednak odnosu kapacitivnosti niskonaponskog i visokonaponskog dijela transformatora. Da bi se ograničila potrošnja priključenog ureĎaja koji se vezuje na transformator, u praksi se na red sa instrumentovim redom vezuje kalem.

19

Maturski Rad

Mjerni transformatori

4 ZAKLJUČAK U ovom maturskom radu zaključili smo iz priloženoga da mjerni transformatori imaju veoma važnu ulogu u postrojenju za zaštitu i za mjerenje. Kada bi mjerili visoke napone i struje bez mjernih transformatora ti bi instrumenti bili jako velikih dimenzija (glomazni), takoĎer bi bili skuplji za izradu, a pri tome ne bi omogućili siguran i pouzdan rad s njima. Pored dobre sigurnosti u postrojenju ovi transformatori imaju dugi vijek trajanja. Vidjeli smo da se mjerni transformatori dijele na strujne i naponske mjerne transformatore. Strujni mjerni transformatori snižavaju visoke vrijednosti struje, koje bi nam znatno poskupilo izvedbu instrumenata zbog većeg presjeka vodiča, na vrijednosti pogodne za mjerne instrumente kojima mjerimo. Dok naponski mjerni transformatori snižavaju visoke napone na vrijednosti radnog napona za koje su predviĎeni mjerni instrumenti (kao sto smo vidili, najčešće se radi o naponu sekundara vrijednosti 100 V). TakoĎer smo vidjeli da se mjerni transformatori koriste za zaštitu, kod zaštitnih releja. Današnja postrojenja se ne bih mogla zamisliti bez mjernih transformatora. Mjerni transformatori su jedan od najvažnijih dijelova postrojenja bez kojih se nijedno postrojenje ne može zamisliti.

20

Maturski Rad

Mjerni transformatori

5 LITERATURA [ ] Rajko Misita dipl.ing.prof. , RASKLOPNA I RAZVODNA POSTROJENJA, svjetlost Sarajevo, 1982 godina. [ ] INTERNET: http://www.etfos.hr/upload/OBAVIJESTI/obavijesti_strucni/512ELEKTRICNA_POSTROJENJA _C.pdf

https://sites.google.com/site/elektroobrazovanje/maturalni-radovi-2/mjerni-transformatori MATURSKI RAD, Sredna strukovna škola Velika Gorica ELABORAT ZAVRSNOG

RADA, Skolska godina 2001/2002. Kandidat: Dražen Gršetić, Mentor:Veljko Skočilić dipl.ing. http://sh.wikipedia.org/wiki/Strujni_transformator

http://sh.wikipedia.org/wiki/Naponski_transformator

http://www.riteh.uniri.hr/zav_katd_sluz/zee/nastava/svel/ep/download/ELEKTRICNA%20POSTR OJENJA%208-p.pdf

http://www.koncar-mjt.hr/prikaz.asp?txt_id=2047

http://www.koncar-mjt.hr/prikaz.asp?txt_id=2048

[ ] Slavko Krajčar prof.dr.sc., Marko Delimar doc.dr.sc., ELEKTRIČNA POSTROJENJA, ELEMENTI POSTROJENJA, 2009/2010.

21

Maturski Rad

Mjerni transformatori

Datum predaje __.__._______ godina.

Komisija: Predsjednik ______________________________ Ispitivač_________________________________ Član____________________________________

Komentar:

Datum odbrane __.__._______ godina.

Ocjena ___________ ( __)

22