TEHNI�KO VELEU�ILIŠTE U ZAGREBUElektrotehni�ki odjel

Novosti u razvoju transformatora

Prof.dr.sc. Zvonimir Valkovi�

� Po�eci razvoja transformatora

Po�etak razvoja transformatora vezan je vrlo usko s po�etkom primjene izmjeni�nog prijenosa 80-tih godina 19. stolje�a.Prvi transformatori izmjeni�ne struje rezultat su djelatnosti slijede�ih imena (pored ostalih):

- P.N. Jablochkoff (�.�. �����)- L. Goulard and J.D. Gibbs - S.Z. de Ferrari - W. Stanley - O.T. Blathy, M. Dery i K. Zipernowsky

Godine 1885. ������, Dery i Zipernowsky iz maarskog GANZ-a dobili su tri patenta za distribuciju elektri�ne energije primjenom jezgrastog i ogrnutog transformatora. Ta godina se naj�eš�e uzima kao definitivni po�etak industrijske proizvodnje transformatora izmjeni�ne struje. Od tada se i koristi naziv transformator.

� Kontinuitet razvoja transformatora

• Iako se od 80-tih godina 19. stolje�a prakti�ki nije mijenjala osnovna koncepcija transformatora, u�injeni su vrlo zna�ajni pomaci na svim podru�jima razvoja.

• Po�etni razvoj je bio vrlo brz i povezan s razvojem snaga i napona prijenosa, a u posljednih nekoliko desetlje�a nastavlja se lagani ali kontinuirani razvoj.

• Pokazat �emo neke zna�ajnije suvremene dogaaje (materijali, prora�un, konstrukcija, ispitivanja, održavanje,…)

� Porast nazivnih snaga i napona

� Razvoj hrvatske proizvodnje transformatora

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Godina

800

700

600

500

400

300

200

100

kV MVA

MVA

kV

�

�

��

���

��

��

��

��

��

���

��

���

� �

�!�

"#

���

$%

���

��&

'�

��

(�

���

���

) *

��

���

��

+&��

��&

��,

�&+�

-�

���

��

�+&

���

�&��

.�

/��

��

�0�

�1

�2��

��

�+&

���

�&��

��

��

)�

��

��

�&

�-

���

��&

��

��

&�

3

�3

4!

!&

-(�

� �

*5

�6

�!

�7

��

*�8

�/

3 �

4�*

��

��

� &

��

�

9&

��

(!

��

�&

��

*�

��

&��

*���

���

� �

�

,��

��

�&

���

��

��

&�

��

:��

�*�

��

;! �

��

&�

� *�

�&

/;

���

;3;

<3

�&�

�=;8

�-

�&

*;*�

-/

��;�

;�&

���

;

��

&*�

���

�

� Vremeplov razvoja transformatora

� Razvoj transformatorskog lima

I nakon pronalaska orijentiranog magnetskog lima (30-tih godina proslog stolje�a) u�injeni su novi zna�ajni pomaci:

� superorijentirani magnetski lim (HiB) – (60/70-tih 20. st.), Japan, Nippon Steel (HGO)

������ ��������� ������� ���������(ZDKH) – (80-tih 20. st.), Japan, Nippon Steel (HGO-DR)

� amorfni materijali razvijeni 60/70-tih godina prošlog stolje�a a zatim na osnovi amorfnih i nanokristali�ni materijali (90-tih godina prošlog stolje�a).

� Proizvodnja ZDKH lima• U tijeku finalne proizvodnje laserom se “zarezuje” lim pod

kutem od 900 u odnosu na smjer valjanja i time se smanjuje veli�ina magnetskih domena i tzv. anomalijski gubici magnetiziranja (mikrovrtložne struje).

� Objašnjenje anamalijskih gubitaka

� Proizvodnja amorfnog lima

- Vrlo krt

- Debljina oko 0,03 mm

- Indukcija zasi�enja oko 1,5 T

- Pogodan samo za motane jezgre (za manje distribucijske transformatore i za

strujne transformatore)

� Distribucijski transformator s motanomjezgrom od amorfnog lima

� Razvoj jezgara

�

Uveden je tzv. step-lap preklop u uglovima jezgre (preklop u više koraka) kojim se smanjuju gubici magnetiriranja i do 10%, struja praznog hoda za oko 50-70% a buka za 3-4 dB.

� Step-lap preklopMagnetske silnice u podru�ju oko preklopa:

step-lap

klasi�an

� Razvoj teku�ih dielektrika

• Mineralna ulja su ekološki nepovoljna i lako zapaljiva.

• Zamjena za mineralna ulja je bio askarel (PCB) ali je njegova upotreba zabranjena.

• Zato su od 70-tih godina prošlog stolje�a razvijeni novi materijali, ekološki povoljniji i teže zapaljivi:

- silikonsko ulje- sinteti�ki esteri- prirodni esteri

Ti materijali su višestruko skuplji od mineralnog ulja i koriste se samo u specijalnim slu�ajevima.

� Razvoj neosciliraju�ih namota na udarni napon

• Što je relativno ve�i vlastiti (unutarnji) kapacitet svitaka u odnosu na kapacitete prema uzemljenim dijelovima, to je raspodjela napona uzduž namota linearnija.

>��

? @ A

1�����;� �����&/;��� &B��&/;���&��;;C ;;;�� ���;D

1�����;3� ����&/ 0��&�4� ���*3��/2;���&��;;C ;;;�� �;D

>�

�

? @

A

� Razvoj ispitnih metoda

• Rastom naponskih nivoa mreže postalo je nužno razviti dodatne ispitne metode za provjeru pouzdanosti izolacije transformatora s obzirom na složena pogonska naprezanja. Pored standardnih ispitivanja stranim, induciranim i udarnim naponom, uvedena su ispitivanja sklopnim naponom, mjerenje razine parcijalnih izbijanja i dugotrajno ispitivanje induciranim naponom (ACLD).

• Znatnim smanjenjem buke jezgre, buka uslijed vibracija namota postala je takoer utjecajni parametar ukupne razine buke transformatora u pogonu, te je uvedena i metoda mjerenja razine buke uslijed struje tereta (u kratkom spoju) – mjerenje razine buke namota.

� Dielektri�ka ispitivanja energetskihtransformatora

RSRRRUmE300

R-rutinsko , T-tipsko , S-specijalno , * - nisu potrebna oba ispitivanja

RS*RR*R170<UmF300

RRS-R72,5<UmF170

RR--TUm F 72,5

Strani naponKratkotrajni inducirani(ACSD)

Dugotrajni inducirani(ACLD)

Sklopni napon(SI)

Udarni napon(LI)

Um , kV

Neka osnovna pravila za izbor dielektri�nih ispitivanja – IEC 60076-3

� Mjerenje buke namota

• Buka namota, odnosno razina buke uslijed struje tereta, mjeri se u ”pokusu” kratkog spoja pri nazivnoj struji na razmaku 0,3 metra od siluete kotla. Mjeri se:

* Razina zvu�nog tlaka (LpA), ili u novije vrijeme

* Razina intenziteta zvu�ne snage (LIA)

� Razvoj proizvodnje, prora�una,konstrukcije i ispitivanja

• Zna�ajni pomaci su u�injeni u proizvodnji (kerozinsko sušenje izolacije), konstrukciji (3D CAD, ProENGINEER, CATIA), prora�unu (3D FEM modeliranje elektri�nih, elektromagnetskih i termi�kih pojava) i modernizaciji ispitnih stanica.

� Razvoj distributivnih transformatoraValoviti kotao - bez konzervatora, ovalna jezgra, folijski NN namot, epoksidni suhi transformatori,…

� Razvoj na podru�ju održavanja i nadzora

• Razvijen je cijeli niz novih metoda za dijagnostiku stanja transformatora u pogonu:- Kromatografska analiza plinova u ulju- Mjerenje polarizacijskog spektra izolacije (RVM, FDS, PDC)- Mjerenje odziva namota (u frekvencijskoj ili

vremenskoj domeni)- Kontrola PI metodom ultrazvuka

• Razvijen je on-line nadzor (monitoring)

� Kromatografska analiza plinova u uljuNa osnovi sastava, iznosa, brzine stvaranja i omjera karakteristi�nih plinova zaklju�uje se o stanju izolacije i vrsti kvara.

• Plinovi: Vodik H2 Acetilen C2H2Metan CH4 Uglji�ni monoksid COEtan C2H6 Uglji�ni dioksid CO2Etilen C2H4

� Razvoj na podru�ju održavanja i nadzora

Monitoring energetskih transformatora:Daje uvid u stanje transformatora i uvjete rada u stvarnom vremenu

� Razvoj novih tehnologija

• Plinom punjeni (uglavnom SF6) distribucijski i energetski transformatori proizvode se i nalaze u pogonu od 60-tih godina prošlog stolje�a (pretežno u isto�noazijskim zemljama). Ve� je proizvedeno više od 10.000 transformatora snage do 300 MVA.

• Supravodljivi transformator je još uvijek u fazi istraživanja i razvoja i do sada su ostvareni samo prototipovi.