Zekan Amir

SEMINARSKI RAD IZ SRES-a PARALELNI REIM RADA TRANSFORMATORA

Sarajevo 2008

Uvod: Transformatori su elektromagnetni ure aji bez pokretnih dijelova sastavljeni od dva ili vie elektrinih krugova povezanih preko magnetnog toka. Imamo jednofazne i trofazne transformatore.

Kada elimo prenijeti veu koliinu energije, odnosno,ako je opteretivost transformatora vea od njegove nazivne snage,onda primjenjujemo paralelno spajanje transformatora.

Naravno,trofazne transformatore koristimo za vee opteretivosti.Paralelni reim rada je realizovan kada su transformatori na ulaznoj(primarnoj) strani kao i na izlaznoj(sekundarnoj) strani spojeni na iste mrene sisteme.Imamo dvije vrste paralelnog spoja transformatora a to su: -sabirniki spoj -mreni spoj Mi emo u ovom sluaju samo razmatrati sabirniki spoj,mreni spoj se moe smatrati kao nekritian tj.,izme u dva namotaja paralelno spojenih transformatora prolazi mrea. Paralelan rad transformatora ostvaruje se spajanjem primarnih namotaja dva ili vie transformatora na odgovarajue sabirnice mree razliitih napona.

Da bi dva ili vie transformatora mogli raditi paralelno,potrebno je ispuniti slijedee uslove: 1.Transformatori trebaju biti prikljueni na svoje nazivne napone. 2.Naponi kratkog spoja moraju biti priblino jednaki(odstupanje moe biti do 10%) 3.Odnos nazivnih snaga transformatora ne smije biti vei od 3:1. 4.Prenosi oba transformatora moraju biti jednaki. 5.Trofazni transformatori moraju imati istu grupu spoja,odnosno fazni pomak izme u napona,istoimenih faza primara i sekundara mora biti jednak. Ako nisu ispunjeni navedeni uslovi za paralelni rad,moe nastati razlika napona koja uzrokuje tok struje izjednaenja izme u transformatora.Struja izjednaenja uzrokuje dodatne toplinske gubitke i neravnomjernu raspodjelu optereenja transformatora.Za sluaj nejednakih napona kratkog spoja transformatora koji rade paralelno,snaga koji trebaju prenijeti neravnomjerno se raspodjeljuje izme u transformatora.Ako transformatori koji rade paralelno treba da prenesu snagu:S = S A + SB

Iznosi pojedinanih snaga transformatora SA i SB mogu se dobiti iz relacija:SA = S S nA S nA u + kA S nB u kB SB = S S nB S nB u + kB S nA u kA

Ako paralelno spojeni transformatori imaju jednak napon kratkog spoja (ukA=ukB) snage koje prenose transformatori su:SA = S S nA S nA + S nB SB = S S nB S nA + S nB

Transformatori nee biti preoptereeni sve dok ukupna snaga S,koju transformatori trebaju prenijeti,ne bude vea od sume nazivnih snaga pojedinanih transformatora(SnA+SnB).U tom sluaju transformatori A i B prenose snage (SA,SB) sa primarne na sekundarnu stranu srazmjerno svojim nazivnim snagama(SnA,SnB).S A S nA = S B S nB

I pri istim naponima praznog hoda, u oba transformatora dolazi do nejednake raspodjele struje koja je srazmjerna obrnutom odnosu relativnih napona kratkog spoja.

I IN

:I

I IN

= u kII : u kIII

Kao to je vidljivo sa zamjenske eme i njegovog fazorskog dijagrama,pri razliitim faktorima snage kratkog spoja algebarska suma pojedinih struja je vea od ukupne struje.Iz tog razloga,transformatori bi trebali imati jednak odnos Xk/Rk to odgovara zahtjevu priblino istih snaga.

Pojanjenje pojedinih pojmova: Napon kratkog spoja: Napon kratkog spoja transformatora se definira kao napon kojeg je potrebno dovesti na primarni namotaj da bi kroz kratkospojeni sekundarni namotaj protekla nazivna struja I1n Napon kratkog spoja izraava se u procentima nazivnog napona primara:uk = Uk I Z 100 = 1n k 100% U 1n U 1n

Vrijednost napona kratkog spoja ovisi o snazi transformatora: -za snage transforamtora do 200kVA,napon kratkog spoja je od 3.5% do 4.5% -a za snage transformatora od 6300kVA do 10000kVA vrijednosti od 7% do 10%.Faktor korisnosti: Faktor korisnosti transformatora se definira kao odnos sekundarne i primarne aktivne snage:

=

P2 P2 S 2 cos 2 = = P1 P2 + Pg S 2 cos 2 + Pg

Gubici: Gubici u transformatoru su gubici u eljeznoj jezgri i gubici u namotajima:Pg = PFe + PCu

Nazivni gubici se odre uju iz pokusa praznog hoda i kratkog spoja:Pgu = PFeu + PCuu = P0 + Pk

Moe se rei da su gubici u eljeznoj jezgri ekvivalentni gubicima praznog hoda,a gubici u namotajima(bakra) ekvivalentni gubicima kratkog spoja.Tipovi namotaja: Namotaji transformatora postavljaju se na eljeznu jezgru.Zavoji namotaja moraju biti me usobno izolirani,a svi namotaji moraju biti izolirani i prema eljeznoj jezgri. Energetski transformatori izvode se sa dva osnovna tipa namotaja:cilindrini i ploasti.

Izvodi i podruje izvoda: Izvodi su dodatni prikljuci namotaja za promjenu prenosa. Podruje izvo enja je podruje izme u nazivnog napona i najveeg,odnosno,najnieg podesivog napona.Podruje izvoda se zadaje u + ili procentualnim vrijednostima nazivnog napona. Struja praznog hoda: Stanje transformatora u kojem su stezaljke na sekundarnoj strani otvorene,odnosno,na seknudarnoj strani ne tee struja,naziva se struja praznog hoda.

Spojevi i grupe spojeva: Postoje mnogobrojne mogunosti da se tri namotaja vieg i nieg napona spoje.Predstavu namotaja daje nam slijedea slika:

Oznaka spoja za vii i nii napon je predstavljeno sa velikim i malim slovom,respektivno,gdje se za spoj u zvijzdu,trokut i cik-cak primjenjuju oznake Y/y,D/d i Z/z.Oznaka N/n se koristi za izvedeno zvjezdite,na primjer Ynd ili Yzn.Poloaj faze naponskog sistema od visokog i niskog poloaja se daje kao mnoitelj od 30 .

Analiza optih zahtjeva paralelnog spoja: Grupe spojeva iste oznake: Transformatori sa istom oznakom grupe spoja su pogodni za paralelno spajanje.Pri tome se treba voditi rauna o me usobnom spajanju istoimenih prikljuaka.Me utim,mogue je tako er paralelno spojiti transformatore sa grupom spoja razliite oznake,ako se odgovarajui prikljuci korektno zamijene.Na slici su realizovani paralelni spojevi transformatora grupe spoja sa oznakama 5 i 11.

Po mogunosti jednaki prenosi ukljuujui i podruje izvoda: Kod istih prenosa,ukupno optereenje paralelno spojenih transformatora se raspodjeljuje proporcionalno transformatorskim snagama a obrnuto proporcionalno naponima kratkog spoja.Pri istom ulaznom i razliitom izlaznom naponu,kroz dva paralelno spojena transformatora tee struja izjednaenja koja je odre ena slijedeom relacijom:I izjT 1 = u S u z ( r )1 + u z ( r ) 2 r1 Sr2 100

gdje je: IizjT1=struja izjednaenja u % nazivne struje trafoa 1;

u =apsolutna vrijednost razlike napona u % izlaznog napona trafoa 1 u praznom hodu;uz(r)1,uz(r)2=nazivni naponi kratkog spoja,odnosno naponi kratkog spoja kod odre enih izvoda i/ili odstupanja nazivne indukcije trafoa 1 i 2;S r1 =odnos nazivnih snaga Sr2

Struja izjednaenja je potpuno nezavisna od optereenja i njene raspodjele;ona tee i u praznom hodu. Kod opteretivosti,struja optereenja se algebarski sabira sa strujom izjednaenja.Prema tome,u transformatoru sa veim naponom sekundara pri induktivnom faktoru snage,dolazi do poveanja ukupne struje,i obrnuto,pri manjim naponom sekundara smanjuje se i ukupna struja.

Primjer 1

TRAFO1 TRAFO2

Izlazni napon u praznom hodu(V) 400 390

Nazivna snaga(kVA) 630 1000

Nazivni napon kratkog spoja(%) 6 6

u =

400 390 100 = 2.5% 400

S r1 630 = = 0.63 S r 2 1000I izjT 1 2.5 100 25.6% 6 + 6 0.63

Problem u ovom primjeru je u tome to manji tranformator ima vei podnapon pa tako mora voditi veu ukupnu struju.To znai,za prikazani primjer,da je na 25,6% struje izjednaenja dozvoljeno(dopustivo) samo 74,4% struje optereenja da se ne bi prekoraila nazivna struja trafoa 1(=100%).Prema tome,itav transformatorski set e moi voditi samo 74,4% ukupne snage(630+1000=1630kVA),odnosno,1213kVA.Pri faktoru snage optereenja ispod 0.9,ova raunica daje zadovoljavajuu tanu vrijednosti stanja.Kod faktora snage vee od 0,9,dolazi do poveanja dopustive ukupne snage zbog poveanja vrijednosti vektorske diferencije. Ako bismo kod 630 kVA trafoa u naem primjeru podesili oko 5% vie namotaja na strani vieg napona,to bi nam dalo preko sputanja indukcije na prikljucima istog visokog napona 1/1,05 nii podnapon,znai 381V umjesto 400V.Ako se u ovom sluaju desi preniska raspodjela napona,umjesto ovoga,ako je mogue,podesimo 5% manje namotaja(manje izvoda) na 1000kVA trafou na strani vieg napona(nadnapona) to bi uzrokovalo poveanje indukcije(propusnost provjeriti!jai zvuk,zagrijavanje jezgra,struja praznog hoda),a time i oko 1/0,95 vei podnapon,odnosno 411V umjesto 390V.Pri promjeni podeavanja napona trebalo bi uzeti u obzir i promjenu napona kratkog spoja.Podesivost napona koja je indirektno povezana sa promjenom indukcije dovodi do promjene napona kratkog spoja proporcionalno procentualnoj vrijednosti spojenih i odspojenih namotaja.Zadati primjer 1 e se opet proraunati,ali sad sa 5% manje podeenih izvoda 1000kVA transformatora.

Primjer 2

TRAFO1 TRAFO2

Izlazni napon u praznom hodu(V) 400 411u =

Nazivna snaga(kVA) 630 1000

Nazivni napon kratkog spoja(%) 6 5,7(=95% od 6)

400 411 100 = 2.75% 400

S r1 630 = = 0.63 S r 2 1000I izjT 1 2.75 100 28,7% 6 + 5,7 0,63

Sada je oito da Trafo 2 posjeduje vei napon praznog hoda na sekundaru.To znai da on vodi ukupnu struju koja se sastoji iz struje optereenja i struje izjednaenja,a samim tim isti odre uje ukupnu dozvoljenu snagu paralelnog spoja.I izjT 2= I izjt1 S r1 Sr2

I izjT 2= 28,7%

630 = 18,1% 1000

Ova raunica nam pokazuje da transformator 2 doputa 81,9% struje optereenja od 100% nazivne struje.To znai da itav transformatorski set sa faktorom snage opteretivost ispod 0,9 moe biti optereen sa oko 81,9% njegove ukupne snage od 1630kVA,odnosno,sa 1335kVA.Priblino iste napone kratkog spoja: Napon kratkog spoja pojedinog transformatora ne bi trebao prekoraiti vie od 10% srednje vrijednosti svih paralelno spojenih jedinica.Ako su Sr1,Sr2,...,Srp nazivne snage paralelno prikljuenih transformatora i uZ(r)1, uZ(r)2,..., uZ(r)p njihovi nazivni naponi kratkog spoja gdje najnii index odgovara najmanjem naponu kratkog spoja,to se moe podeavati najvee ukupno optereenje S preko slijedee relacije:S S r1 + S 2 u Z ( r )1 + Sr3 u Z ( r )1 + ... + S rp u Z ( r )1

u Z (r )2 u Z ( r )3 uZ (r ) p Pri istim nazivnim snagama,pojedinana optereenja se ponaaju obrnuto proporcionalno naponima kratkog spoja.

Primjer 3

Nazivna snaga(kVA) TRAFO1 TRAFO2 TRAFO3 Trafo1 400 400 400 400

Nazivni napon kratkog spoja(%) 3,6 4,0 4,4

3,6 = 400 kVA (100% od Sr) 3,6 3,6 Trafo2 400 = 360 kVA (90% od Sr) 4,0 3,6 Trafo3 400 = 327 kVA (82% od Sr) 4,4

Ukupna opteretivost=1087=91% od teoretski ukupne 3*400=1200 kVA snage

Transformator sa manjim naponom kratkog spoja se vie optereava od onih sa veim. Odstupanja napona kratkog spoja izme u 10 i 20% je opte ekonomski podnoljivo kada manje nazivne snage sadre vee napone kratkog spoja.U suprotnom,odnos snaga paralelno spojenih transformatora od 1:3 moe dovesti do neefikasnog rada. Kao pomo visokooptereenom transformatoru se moe prespojiti jedna prigunica prije strane nieg napona(podnapona).Ona slui samo za podizanje napona kratkog spoja;ne odre uje ogranienje struje kratkog spoja zbog pojave zasienja jezgra prigunice. Paralelni reim rada je mogu pod navedenim uslovima.Vee odstupanje napona kratkog spoja je dopustivo u mrenom paralelnom spoju preko mrenih impedansi.Efikasnost paralelnog reima: Pri vremenski promjenljivom optereenju neke grupe vie paralelno spojenih transformatora u toku jednog tano odre enog vremenskog perioda se moe preko ukljuivanja i iskljuivanja transformatora dostii minimum ukupnih gubitaka.Gubici kratkog spoja su kvadratno zavisni od optereenja,suma gubitaka kratkog spoja i praznog hoda pri raspodjeli opteretivosti na vie transformatora je pod ovim uslovima manji nego u primjeni nekoliko transformatora.

Da bi izbjegli pristojnu uporedbu gubitka transformatora koji uestvuju u paralelnom reimu rada,moe se podeavati preko slijedee relacije dio optereenja kada se radi efikasnosti ukljui dodatni transformator istih parametara(p-ten transformator):FaktorDijelaOptereenjan =dioOptereenja nazivnaSnaga

Snaga grupe: Sgrupa= n S r Sr= nazivna snaga pojedinog transformatora Faktor dijela optereenja za efikasno ukljuivanje dodatnog transformatora istih parametara(p-ten transformator) se daje podeavati preko slijedee relacije:

n= p=broj paralelno ukljuenih transformatora

p ( p 1) p o pk

Primjer za 3 paralelno ukljuena ista transformatora:

Efikasnost ukljuivanja drugog transformatora iznosi 256kVA,a treeg 440kVA,to je upravo 10% iznad nazivne snage jednog transformatora.Ovo je tako er vidljivo sa slijedeeg dijagrama: