JU Mješovita srednja škola ŽiviniceElektrotehnička školaŠkolska 2012/2013

TEMA:Mjerenja u električnim postrojenjima

Jasmin Redžič

SADRŽAJ

1.0 UVOD 32.0 UOPŠTENO O EES-U 4

2.1 Reaktancije i impedancije elemenata sistema u direktnom, inverznom i nultom sistemu

5

2.2 Proizvodni sistem 53.0 GENERATOR I MJERENJA BITNA ZA GENERATOR 6

3.1 Ekvivalentne sheme generatora 63.2 Prilike u generatoru za vrijeme trajanja kratkog spoja 73.3 Uzdužna (direktna) reaktancija generatora 73.4 Poprečna (direktna) reaktancija generatora 93.5 Inverzna reaktancija generatora 103.6 Nulta reaktancija generatora 103.7 Pogonska karta generatora 12

4.0 TRANSFORMATOR I MJERENJA BITNA ZA TRANSFORMATOR 134.1 Tipovi oštećenja i nenormalna pogonska stanja rada 134.2 Oblici zaštite i principi štićenja 144.3 Direktna reaktancija dvonamotnog transformatora 144.4 Inverzna reaktancija dvonamotnog transformatora 16

5.0 PRENOSNI SISTEM I MJERENJA BITNA ZA PRENOSNI SISTEM 175.1 Zračni vodovi 175.2 Inverzna reaktancija 175.3 Nulta reaktancija 175.4 Kabeli 185.5 Mreža sa izolovanom neutralnom tačkom 195.6 Mreža uzemljena preko niskoomske impedanse 205.7 Mreža sa uzemljenjem preko Petersenovog kalema 205.8 Mreže sa direktno uzemljenom neutralnom tačkom 21

6.0 POTROŠAČI I MJERENJA BITNA ZA POTROŠAČE 216.1 Potrošači 216.2 Aktivna trošila 216.3 Sinkroni motori i sinkroni kompenzatori 216.4 Asinhroni motori 226.5 Aktivna mreža 22

7.0 MEDODA NADOMJESNOG NAPONSKOG IZVORA 238.0 STRUJE KRATKOG SPOJA 26

8.1 Osnovne pretpostavke 268.2 Vrste kratkih spojeva 278.3 Trofazni kratki spoj, K3 288.4 Jednofazni kratki spoj, K1 29

9.0 MJERNI TRANSFORMATORI 319.1 Strujni mjerni transformatori 319.2 Naponski mjerni transformator 32

10.0 ZAKLJUČAK 3411.0 LITERATURA 35

2

1.0 UVOD

3

2.0 UOPŠTENO O EES-MU

Elektroenergetski sistem BiH, kao i elektroenergetski sistemi (EES) u ostalim državama Evrope i Svijeta, prije uvođenja slobodnog tržišta električnom energijom, sastojali su se iz: proizvodnog sistema, prenosnog sistema, distributivnog sistema i potrošnje i bili su uređeni i upravljani „vertikalno“. U takvom EES-u, tok energije u distributivnom sistemu tekao je samo u jednom smijeru, tj. od mjesta preuzimanja energije (transformatorske stanice između prenosnog i ditributivnog sistema) preko uglavnom radijalnih vodova i transformatorskih stanica do potrošača.Nakon uvođenja slobodnog tržišta električne energije, osnovne komponente EES su ostale iste, ali je sada uređenje i upravljanje EES iz „vertikalnog“ prešlo u „horizontalno“ (slika 1).

Slika 1. Osnovne komponente EES-a

Pored uvođenja slobodnog tržišta električne energije došlo je i do pojave distribuiranih generatora. Pojavom distribuiranih generatora, koji se priključuju direktno na distributivnu mrežu, dolazi do promjene smijera tokova snaga u distributivnom sistemu. Pored promjene tokova snaga u samoj distributivnoj mreži, dolazi i do pojave da distributivni sistem predaje aktivnu snagu u prenosni sistem. Sada distributivna mreža nije više samo „pasivan“ član, nego postaje „aktivan“ elemenat EES-a. Dakle, elektroenergetski sistem čine proizvodni sistem, prenosni sistem, distributivni sistem i potrošački sistem. Ova podjela je napravljena po fazama tehnološkog procesa. Pod proizvodnim sistemom se misli prvenstveno na elektrane, dok razgraničenje između prenosnog i distributivnog sistema nije jednoznačno. Po tehničkoj podjeli, prenosni sistem čine postrojenja i vodovi nazivnog napona 110 kV i više a ostalo čini distributivni sistem. Dakle distributivni sistem čine postrojenja i vodovi nazivnog napona ispod 110 kV. Po funkcionalnoj podjeli, prenosni sistem je onaj dio sistema koji uz proizvodni sistem sudjeluje, tj. može sudjelovati u optimalnom vođenju tehnološkog procesa, a ostalo je distributivni sistem bez obzira na nazivni napon. Potrošački sistem čine potrošači.Zadatak elektroenergetskog sistema je snadbjevanje potrošača električnom energijom. U tome sudjeluju svi dijelovi sistema, tj. generator, transformator, sabirnice, rasklopna postrojenja, vodovi i sl. Kvalitet takve električne energije mora biti sačuvan i u slučajevima kada su neki elementi sistema van pogona iz bilo kojeg razloga (remonti, kvarovi). Prema tome, sistem mora raspolagati određenom rezervom. Sve aktivnosti vezane za pogon, održavanje i izgradnju elektroenergetskog sistema treba usmjeriti tako da sistem uz zadovoljavajuću kvalitetu trajno daje potrošačima električnu energiju uz najnižu moguću cijenu. U tome vanredno važnu ulogu igra prenosna mreža (sistem), jer omogućuje međusobno povezivanje i nadopunu u radu s jedne strane elektrane (postrojenja), a s druge strane potrošača s vrlo različitim karakteristiakama i lokacijama. Dakle, može se reći da prenosni sistem omogućuje ekonomično vođenje EES-a.

4

2.1 Reaktancije i impedancije elemenata sistema u direktnom, inverznom i nultom sistemu

Budući da je napone i struje u pojedinim dijelovima trofazne nesimetrične mreže moguće prikazati naponima i strujama tri simetrična ssistema to se onda nameće činjenica da je trofazni nesimetričan sistem moguće nadomjestiti sA 3 trofazna simetrična sistema. Kako su prilike u svakom tom simetričnom sistemu jednake po iznosu, ali fazno zakrenute, to je onda moguće prilike u svakom tom simetričnom sistemu promatrati kroz prilike u jednoj fazi simetričnog sistema. Da bismo uopće proračune s takvim ekvivalentnim šemama mogli i raditi, potrebno je za svaki element nesimetričnog sistema odrediti njegove nadomjesne šeme u direktnom, inverznom i nultom sistemu. Pri tome vrijede slijedeće pretpostavke:

a) Elementi nesimetričnog sistema su (fazno gledano) simetrično građeni – reaktancije elemenata u sve 3 faze su jednake, kao i naponi generatora koji su u sve tri faze jednakog iznosa i odgovarajuće fazno zakrenuti.

b) Prilikom određivanja struja kratkog spoja u visokonaponskim mrežama, proračun će biti zanemarivo pogrešan ukoliko računamo s reaktancijom, umjesto s impedancijama. Naime, tako određene struje veće su od stvarnih a apsolutna pogreška koja se pri tome čini jest:

ΔI=V ( 1X

−1

√R2+X 2)Odnosno, relativna pogreška je:

Δi= ΔII

=

V ( 1X

−1

√R2+X2 )V ( 1

√R2+ X2 )=√ R2

X 2+1−1

Prilikom određivanja struja kratkog spoja smatra se da je provedeni proračun dovoljno točan, ako je pogreška manja od 15,5%, što odgovara

RX

<0 ,577

2.2 Proizvodni sistem

Tokom vrtnje generatori proizvode električnu energiju napona i do 25 000 volti. Svejedno, nakon što je proizvedena u generatoru, električna energija prolazi kroz transformator, smješten u elektrani, koji joj mijenja napon od nižeg napona na ulazu u tranformator u napon iznosa i do 1 500 000 V (kod nas do 400 000 V, odn. 400 kV) na izlazu iz transformatora jer je prijenos električne energije to učinkovitiji što su viši naponi prijenosa.

5

3.0 GENERATOR I MJERENJA BITNA ZA GENERATOR

Rotor sinhrone mašine obrće se sinhronom brzinom kao i obrtno magnetno polje u zračnom rasporu. Prema smjeru elektromehaničke energije dijelimo ih na generatore i na motore. Mnogo češće se koriste kao generatori. Prema vrsti pogonske mašine dijelimo ih na:

Turbo generatore (pogonska mašina je parna ili gasna turbina) Hidro generatore (pogonska mašina je vodena turbina) Dizel generatore (pogonska mašina je dizel motor)

Prema obliku rotora mogu biti cilindrični i sa istaknutim polovima.

3.1 Ekvivalentne sheme generatora

Prije nego nacrtamo ekvivalentnu šemu generatora u direktnom, inverznom i nultom sistemu, reći ćemo nekoliko riječi o sistemu prikazivanja. Kao što je već prethodno rečeno, svaki je sistem od tri nesimetrična vektora (napona i struja), koji prezentiraju prilike u nekom dijelu mreže, moguće prikazati sa 3 simetrična sistema vektora, zbog čega je onda moguće i nesimetričnu šemu prikazati preko 3 trofazna simetrična sistema.

Slika 2. Ekvivalentne šeme generatora

Kako se radi o simetričnim trofaznim sistemima, prilike je u njima moguće promatrati kroz prilike u jednoj njihovoj fazi. Znači promatramo slijedeće jednofazne ekvivalentne šeme za, koje vrijede pripadne naponske jednadžbe:

Slika 3. Jednofazne ekvivalentne šeme generatora

Ed=I d⋅Zd+V d

6

Ei=I i⋅Zi+V i

E0=I 0⋅Z0+V 0

Kako je u najčešćem slučaju na mrežu narinut simetrični sistem elektromotornih sila (bilo od sinhronih generatora, bilo od strane aktivne mreže), to je onda moguće pretpostaviti da su nadomjesne šeme takvih elemenata u “d”, “i”, i “0” sustavu s Ei = E0 = 0. Znači da su nadomjesne šema sinhronog generatora u direktnom, inverznom i nultom sistemu slijedeće:

Slika 4. Nadomjesne šeme generatora: a) u direktnom sistemu b) u inverznom sistemu c) u nultom sistemu

U ovim šemama potrebno je još odrediti Zd, Zi i Z0, odnosno kako smo rekli da ćemo zanemarivati R – djelatni otpor, potrebno je odrediti Xd, Xi i X0 sinhronog generatora u navedenoj jednofaznoj nadomjesnoj šemi triju simetričnih sistema (direktnom, inverznom, nultom).

3.2 Prilike u generatoru za vrijeme trajanja kratkog spoja

Promatramo prilike u sinhronom generatoru s istaknutim polovima (hidrogeneratori), koji sadrži uzbudni namot i prigušni kratkospojeni namot, kojim u normalnom pogonu ne teče struja, u slučaju kada se u nekom trenutku praznog hoda sinhronog generatora (SG) dogodi kratki spoj na statorskim stezaljkama generatora. Okretno protjecanje SG podijeliti ćemo na njegove dvije komponente – uzdužnu i poprečnu, jer se magnetski otpor kojeg vide silnice koje uzrokuju pojedina protjecanja znatno razlikuju. U smjeru uzdužnog protjecanja zračni je raspor manji, time je magnetski otpor manji, a samim time i uzdužna reaktancija generatora X≈1/ Rm veća, od poprečne reaktancije generatora koju ćemo stoga odvojeno promatrati. Pri tomu je važno napomenuti da je djelovanje prigušnog namota, zbog njegovog rasporeda na rotoru, u obje osi (uzdužnoj i poprečnoj) i promatrati ćemo ga odvojeno za poprečnu te odvojeno za uzdužnu os. Djelovanje uzbudnog namota rotora samo je u smjeru uzdužne osi zbog njegovog položaja na rotoru.

3.3 Uzdužna (direktna) reaktancija generatora

U trenutku kratkog spoja moraju ostati magnetski tokovi ulančani statorskim i rotorskim namotom nepromijenjeni. Zbog toga se u statorskom namotu pojavljuju struje:

7

istosmjerna komponenta koja nastoji održati magnetski tok statorskog namota stalnim i koja se zbog gubitka magnetske energije tog toka na djelatnom otporu gubi do nulte vrijednosti

izmjenična komponenta koja nastoji održati magnetski tok statorskog namota stalnim i koja se zbog rotacije rotora inducira u statorskom namotu.

Novonastale struje u statorskom namotu bi promijenile tok kroz uzbudni i prigušni namot rotora, ako im se u tomu ne bi suprotstavile struje u rotorskim namotima pa se tako u rotorskim namotima javlja:

istosmjerna komponenta struje koja se superponira na postojeđu uzbudnu, koja se javlja kao reakcija na protjecanje koje uzrokuju izmjenična protjecanja triju faza statora

izmjenična komponenta struje kao reakcija koja poništava magnetski tok istosmjerne statorske struje, koja se stoga zatvara kroz zrak, a ne rotor.

Prema tome je nadomjena šema generatora u početnom trenutku kratkog spoja:

Slika 5. Nadomjesna šema uzdužne reaktancije generatora u početnom trenutku kratkog spoja

gdje su:

Xpdr - reaktancija koja je posljedica magnetskog otpora na putu magnetskih silnica koje uzrokuju struje prigošnog namota (njegove uzdužne komponente); silnice se zatvaraju kroz zrak. Xm - reaktancija koja je posljedica magnetskog otpora na putu magnetskih silnica koje uzrokuje stacionarna struja kratkog spoja kroz rotorski namot.

Xmr - reaktancija koja je posljedica magnetskog otpora na putu magnetskih silnica koje uzrokuje struja rotorskog namota, a koje se zbog reakcije statora početno moraju zatvoriti kroz zrak.

Xsr - reaktancija zbog magnetskog otpora na putu rasipnih magnetskih silnica statora

Zbog vrlo velikog otpora prigušnog namota već nakon 0,5 s dolazi do prigušenja struja u prigušnom namotu, a nastalih u trenutku kratkog spoja kako bi postojeći magnetski tok ulančan prigušnim namotom ostao nepromijenjen – Xpdr = ∞. Znači da je sada reaktancija SG-a:

8

Slika 6. Nadomjesna šema uzdužne reaktancije generatora nakon 0,5 s od početka kratkog spoja

Na kraju, nakon oko 1 s nastupa stacionarno stanje za kojeg je karakteristično da su se u statorskom namotu prigušile:

istosmjerna komponenta struje na nulu izmjenična komponenta struje na stacionarnu vrijednost koja odgovara stalnoj

reaktanciji SG-a, dakle Xd

U rotorskom namotu su se prigušile: istosmjerna komponenta struje na stacionarnu vrijednost izmjenična komponenta struje na nulu

Slika 7. Nadomjesna šema uzdužne reaktancije generatora nakon što nastupi stacionarno stanje

3.4 Poprečna (direktna) reaktancija generatora

Kako uzbudni namot ne djeluje u smjeru poprečne osi generatora, to će se onda samo u poprečnoj komponenti prigušnog namota inducirati izmjenične struje kao reakcija na protjecanje statorskog namota u poprečnoj osi. To znači da će nakon prigušenja tih struja, što traje kratko (cca 0,5 s), odmah nastati stacionarno, a ne prijelazno stanje. Prema tome su poprečne direktne reaktancije SG-a:

9

Slika 8. Nadosmjesna šema poprečne reaktancije generatora u početku kratkog spoja

Slika 9. Nadomjesna šema poprečne reaktancije generatora nakon što nastupi stacionarno stanje

3.5 Inverzna reaktancija generatora

Inverznu reaktanciju generatora moguće je odrediti tako da se uz kratko spojeni rotorski namot, na statorski namot narine trofazni napon inverznog redoslijeda. Tada bismo dobili za

Xi=2 Xd'' Xq''

Xd ''+Xq ''

Navedeni izraz predstavlja donju granicu inverzne reaktancije SG-a, dok je gornja granica za inverznu reaktanciju SG-a

Xi= Xd ''+Xq ''

2

Razlika vrijednosti inverzne reaktancije proračunate prema donjem i gornjem izrazu ovise o omjeru Xq’’/Xd’’.

3.6 Nulta reaktancija generatora

Nulta reaktancija generatora ovisi o izvedbi generatora i iznosi:

10

Xo=ω ( Lo−2Mo )

gdje su:

Lo - induktivitet statorskog namota

Mo - međuinduktivitet dvije faze statorskog namota. Ako zvjezdište generatora nije uzemljeno (što je čest slučaj u našim mrežama), onda se za X0 uzima beskonačni iznos.

Prilikom proračuna struja kratkog spoja pretpostavlja se da su svi generatori turbogeneratori, što znači da Xd’’ = Xq’’, tj. ne pravi se razlika između uzdužnih i poprečnih reaktancija generatora. Greška koja se pri tome čini manja je što se mjesto kratkog spoja nalazi dalje od generatora (reaktancije pasivnih elemenata mreže imaju samo uzdužnu komponentu). Prema tome su onda jednofazne nadomjesne šeme generatora u direktnom, inverznom i nultom sistemu, kako je prikazano u nastavku.

a) Kada je zvjezdište generatora izolirano:

Slika 10. Nadomjesne šeme generatora u: a) direktnom, b) inverznom i c) nultom sistemu kada je zvjezdište generatora izolirano

b) Kada zvjezdište generatora nije izolirano:

11

Slika 11. Nadomjesne šeme generatora u: a)direktnom, b)inverznom i c)nultom sistemu kada je zvjezdište generatora nije izolirano

3.7 Pogonska karta generatora

Pogonska karta generatora predstavlja dozvoljenu oblast rada sinhronog generatora u P-Q ravni pri konstantnom naponu na stezaljkama generatora. Pogonsta karta generatora prikazana je na slici 12.:

Slika 12. Pogonska karta generatora

12

Prilikom crtanja pogonske karte, moramo voditi računa o ograničenjima:

Ograničenja radnog režima usljed zagrijavanja statorskog namotaja Ograničenja radnog režima usljed zagrijavanja rotorskog namotaja (maksimalne i

minimalne uzbudne struje) Ograničenje radnog režima usljed teoretske i praktične granice statičke stabilnosti Ograničenje radnog režima usljed zagrijavanja čeonog prostora (željezne jezgre) Ograničenje radnog režima usljed maksimalne i minimalne (tehnički minimum) snage

turbine

4.0 TRANSFORMATOR I MJERENJA BITNA ZA TRANSFORMATOR

Transformator je statički električni uređaj u kojem se električna energija iz jednog ili više izmjeničnih krugova koji napajaju primarne namote transformatora prenosi u jedan ili više izmjeničnih krugova napajanih iz sekundarnih namota transformatora s izmijenjenim iznosima jakosti struje i napona, te nepromijenjenom frekvencijom.

Budući da snaga električne struje zavisi od umnoška napona i struje, podizanjem napona moguće je prenijeti istu snagu s manjim jačinama struje. Struja manje jakosti omogućuje smanjenje presjeka vodiča (tj. manji utrošak bakra ili aluminija) i uzrokuje manje padove napona na dugačkim vodovima, jer je pad napona proporcionalan jakosti struje kroz vodič. Zbog toga, električna energija isporučena iz elektrana na visokom naponu od 20 kV (kilovolta) se transformira na vrlo visoki napon 200, 400 kV (kilovolta), te visokonaponskim dalekovodima prenosi do mjesta potrošnje.

4.1 Tipovi oštećenja i nenormalna pogonska stanja rada

Predmet zaštite transformatora može se podijeliti na dva dijela: Zaštita sistema od kvarova koji nastaju na transformatoru; Zaštita transformatora od efekata kvarova koji nastaju u bilo kojem dijelu sistema.

Kao što je spomenuto u uvodu, vjerovatnoća pojave kvara na transformatoru i uopšte svakom drugom elementu EES-a je uvijek veća od nule. Uzroci pojave kvarova kod energetskih transformatora mogu biti previsoka električna naprezanja izolacije transformatora uslijed atmosferskih ili pogonskih prenapona u mreži, prejaka mehanička naprezanja zbog dinamičkih sila kod kratkih spojeva, ali i naponi neznatno veći od nominalnog imajući u vidu starenje izolacije zbog niza uticajnih faktora. Kvarovi na transformatru mogu se uopćeno podijeliti na:

Kratke spojeve namotaja ili izvoda iz transformatora prema uzemljenim dijelovima-jednofazni KS (na slici prikazani crvenom bojom);

Međuzavojne kratke spojevi namotaja iste faze (na slici prikazani plavom bojom); Kratke spojeve između namotaja pojedinih faza u transformatoru ili na izvodima iz

transformatora (na slici prikazani žutom bojom); Oštećenja jezgre i kotla transformatora (oštećenje kotla simbolično prikazano

istjecanjem ulja na slici).

13

Slika 13. Ilustracija kvarova energetskog transformatora

4.2 Oblici zaštite i principi štićenja

Izbor zaštitnih uređaja transformatora zavisi od tehno-ekonomskih kriterija. To se odnosi na veličinu transformatora, tj. njegovu važnost u prenosno-distributivnom lancu EES-a. Tako je moguće napraviti podjelu zaštitnih uređaja transformatora na primarne i rezervne. Uopćeno, kao zaštite od kvarova transformatora mogu se primjeniti:

Diferencijalna zaštita transformatora; Plinska zaštita (Buchholtzov relej); Zemljospojna zaštita; Trenutna prekostrujna zaštita; Termička zaštita; Zaštita od preopterećenja jezgre transformatora; Zaštite bazirane na detekciji porasta pritiska unutar kotla transformatora; Zaštita regulacione sklopke.

4.3 Direktna reaktancija dvonamotnog transformatora

Direktna reaktancija dvonamotnog transformatora odgovara reaktanciji kratkog spoja Xk

transformatora, koju možemo dobiti iz pokusa kratkog spoja, tako da uz kratko spojene sekundarne stezaljke transformatora na primarnu stranu narinemo takav napon Vk1, tako da primarnim namotom teče nazivna struja In1.

X d 1=Xk1=V k 1

I n1

[Ω ]

Ako s uk označimo relativni napon kratkog spoja, odnosno omjer

14

uk %=V k1

V n1

100 %

uk=V k1

V n1

X d 1=V k1

V n1

⋅V n 1

I n1

⋅100100

=uk %

100⋅

V n1

I n 1

=uk%

100⋅3 V n1

3 V n1

V n1

I n 1

=uk %

100⋅

Un12

Sn

[Ω ]

Da smo proveli kratki spoj s druge strane transformatora, što znači da smo kratko spojili stezaljke primarnog namota, a na sekundarnu stranu narinuli takav napon Vk2 da sekundarnim namotom teče nazivna struja In2, onda bismo za reaktanciju kratkog spoja transformatora dobili:

X d 2=Xk 2=V k 2

I n 2

[Ω ]

Odnosno

X d 2=uk %

100⋅

Un22

Sn

[Ω ]

Očigledno je da se reaktancije Xd1 i Xd2 razlikuju i da vrijedi da je

Xd 1

Xd 2

=(Un 1

Un 2)2

no, istodobno vrijedi da je: uk1 = uk2 = uk , jer vrijedi (invarijantnost snage):

V k 1⋅I n 1=V k2⋅I n2

V n 1⋅I n 1=V n2⋅I n 2

V k 1

V n 1

=V k 2

V n 2

⇒uk1 %=uk 2 %=uk%

Stoga se redovito kao karakteristična veličina transformatora zadaje ne njegova reaktancija, već uk – relativni napon kratkog spoja. Kada bismo za nadomjesnu šemu transformatora u direktnom sistemu uzeli da je:

Slika 14. Nadomjesna šema transformatora u direktnom sistemu

15

napravilii bismo pogrešku, jer u primarnoj struji postoji i struja magnetiziranja, čiji je udio u nazivnoj struji transformatora malen, ali koja u praznom hodu teče primarnim namotom i koja se onda u nadomjesnoj šemi transformatora zatvara kroz reaktanciju Xm1, koja je prema tome:

X m1=V n 1

Im1

Označimo li relativnu struju magnetiziranja s im = Im1/In1 vrijedi:

X m1=V n 1

m⋅I n1

=V k1

uk⋅im⋅I n1

=Xd 1

im⋅uk

Kako su prosječne vrijednosti im i uk za transformatore im = 0,1 i uk = 0,1, vrijedi

X m1=X d 1

0,1⋅0,1≃X d 1⋅100 [Ω ]

Slika 15. Nadomjesna šema transformatora u direktnom sistemu

Zbog toga se redovito u direktnoj i inverznoj nadomjesnoj šemi transformatora zanemaruje ova poprečna reaktancija (Xm1 >> Xd1).

4.4 Inverzna reaktancija dvonamotnog transformatora

Inverznu reaktanciju dvonamotnog transformatora Xi1 možemo dobiti analognim pokusom kratkog spoja na sekundarnoj strani transformatora, kao i u slučaju određivanja direktne reaktancije transformatora Xd1, samo što su se u pokusu zamijene dvije faze. Time de se dobiti reaktancija Xi1 = Xd1. Analogno vrijedi za Xi2 = Xd2. Jednakost direktne i invertne reaktancije vrijedi za sve elemente mreža koji nemaju rotirajućih dijelova – to su pasivni elementi mreža.

16

Slika 16. Nadomjesna šema transformatora u inverznom sistemu

Nulti sistem transformatora zavisi od spoja transformatora, načina uzemljenja te ga ovdje nismo detaljno obradili jer bi nam oduzelo previše vremena i prostora.

5.0 PRENOSNI SISTEM I MJERENJA BITNA ZA PRENOSNI SISTEM

Prenosni sistem ima zadatak da već podignut napon na visoku vrijednost prenese od elektrane do trafo sranice, bez velikih gubitaka i poteškoća.

5.1 Zračni vodovi

Direktna reaktancija zračnog voda odgovara reaktanciji faznog vodiča trofaznog voda. Reaktancija faznog vodiča voda ovisi o međusobnom geometrijskom rasporedu vodiča (podsjetnik: induktivitet i međusobni kapacitet faznih vodiča ovise o promjeru vodiča te o međusobnim udaljenostima kao i o eventualno korištenom preplitanju faza voda – metoda SGU) te o presjeku vodiča. Za naše proračune dovoljno je vršiti proračune s približnim vrijednostima reaktancija voda. U približnim proračunima se uzima da je:

Xd = 0,4 Ω/km za Un > 30 kV

Xd = 0,35 Ω/km za Un ≤ 30 kV.

5.2 Inverzna reaktancija

Bududi da nema razlike teku li kroz vod struje direktnog ili inverznog trofaznog sustava, to je onda inverzna reaktancija zračnog voda jednaka direktnoj, odnosno Xi = Xd.

5.3 Nulta reaktancija

Nulta reaktancija zračnog voda ovisi o: presjeku vodiča voda

međusobnom geometrijskom rasporedu vodiča voda

17

postojanju zaštitnog užeta (ono je uzemljeno i služi za zaštitu voda od udara groma i u biti povećava dozemni kapacitet voda koji je interesantan kod nultog sistema napona i struja)

vodljivosti tla

Iako mi realno u našim proračunima zanemarujemo djelatne otpore, u slučaju kada bi se oni uračunavali nulti djelatni otpor bi se sastojao od djelatnog otpora vodiča povedanog za 0,15 Ω/km zbog otpora tla kojim se zatvaraju nulte komponente struja.

5.4 Kabeli

Direktna i inverzna reaktancija kabela (djelatni otpor se u VN i SN zanemaruje) Stvarne vrijednosti direktnih, inverznih i nultih reaktancija kabela mogu se utvrditi mjerenjem.

Nulta reaktancija kabela

Goli profilni vodiči Oni spajaju pojedine dijelove rasklopnog postrojenja/elektrane. Približno se može računati da je reaktancija takvih profilnih golih vodiča 0,15 Ω/km.

Reaktancije prigušnica Prigušnice, o kojim je u ovom slučaju riječ, služe za smanjenje struja kratkog spoja i spajaju se u seriju s trošilima. One se izvode kao svici bez željeza; za svaku fazu po jedan svitak, pri čemu su ti svici međusobno odvojeni.

Slika 17. Prigušnice

Reaktancije prigušnica određujemo kao i kod transformatora iz pokusa kratkog spoja, što znači da na svitak prigušnice narinemo takav napon Vk da svitkom poteče nazivna struja prigušnice:

I n=Sn

√3Un

Prema tome je reaktancija svitka jednaka:

X k=V k

I n

18

Dok je relativna, postotna vrijednost reaktancije jednaka:

X k%=V k

V n

100=X k⋅I n

V n

100⇒ Xk=Xk %⋅V n

I n

⋅3V n

3V n

⋅1100

=X k%

100⋅Un

2

Sn

Slika 18. Nadomjesne sheme reaktancija prigušnice po sistemima:

5.5 Mreža sa izolovanom neutralnom tačkom

To je mreža kod koje neutralna tačka nema nikakve namjerne veze sa zemljom. Jedina veza koja može postojati između neutralne tačke i zemlje je veza preko signalnih, mjernihi zaštitnih uređaja čija je impedansa veoma visoka. Pri pojavi zemljospoja u takvoj mreži (sapajanje jedne faze sa zemljom) između nepovrijeđenih faza i zemlje javlja se linijski napon, koji dobro izolirana mreža može da podnese. Pri tome se javljaju kapacitivne struje zemljospoja koje se zatvaraju od zdravih faza preko mjesta zemljospoja, nazad u mrežu. Na mjestu zemljospoja ili na stubnom uzemljenju može se pojaviti napon opasan začovjeka (napon koraka i dodira). Pojava zemljospoja popraćena je pojavom zemljospojnog luka, a toplota koja pri tome razvije može biti dovoljna da otopi provodnike oštećene faze.U većini slučajeva dolazi do pojave luka na izolatoru i eventualno do razaranja izolatora. Zemljospojni luk lahko zahvata zdrave faze te uzrokuje kratki spoj. U slučaju intermitirajućeg luka, dolazi do pojave prenapona, koji u obliku putujućih talasa sa strmim čelom prodiru u postrojenje i izazivaju preskoke i proboje. Nadalje, ako je struja zemljospoja veća od struje samogašenja luka, onda do gašenja luka samog od sebe neće doći ni kod prolaznih kvarova. Zato se pogon sa izoliranom neutralnom tačkom dozvoljava samo ako je kapacitivna struja zemljospoja manja od struje samogašenja luka, te ne prelazi vrijednost od:

10 A u 35 kV mreži; 15 A u 20 kV mreži; 20 A u 10 kV mreži; 30  A  u  6  kV mreži.

Struja zemljospoja, naravno, ovisi i o tome da li se radi o zračnoj ili kablovskoj mreži,a funkcija je i dozemnog kapaciteta voda koji orijentaciono, za zračne vodove iznosi 3 – 5∙10-9 F / km, a za kablovske mreže 0,2 – 0,4∙10–6 F / km. Zato u ovisnosti od vrste mreže i struje zemljospoja mogu da iznose od nekoliko ampera do nekoliko stotina ampera.

5.6 Mreža uzemljena preko niskoomske impedanse

19

To je mreža čija je neutralna tačka spojena sa zemljom preko impedanse male vrijednosti. Na taj način su smanjene prelazne oscilacije u slučaju pojave zemljospoja a obezbjeđena je i struja zemljospoja, dovoljna za aktiviranje aparata zaštite.

Slika 19. Uzemljenje neutralne tačke preko niskoomske impedance

U slučaju ovakvog uzemljenja neutralne tačke, svaki zemljospoj predstavlja kratki spoj, pri čemu je maksimalna struja kratkog spoja ograničena iznosom impedanse vezane u zvjezdištu. Za zračne vodove ova impedanca se bira tako da maksimalna struja kratkog spoja iznosi 300 A, a kod kablovskih mreža 1000 A. U slučaju dozemnog spoja vidi se da je u ovom slučaju napon neutralne tačke uvijek manji od faznog napona, a napon između nepovrijeđene faze i zemlje uvijek manji od linijskog napona. Iz tog proizilazi da se naponski trokut neće održati, te potrošači u slučaju zemljospoja, ne mogu da bez smetnji uzimaju energiju iz mreže. Zbog velikih struja kratkog spoja dolazi do podizanja potencijala na mjestu oštećenja, a mogu se javiti visoki inducirani naponi u telekomunikacionim kablovima, što je naručito izrazito kod nadzemnih vodova. Kod zemljospoja u kablovskim mrežama, može doći do pretjeranog zagrijavanja kabla, zbog prolaska struje zemnog spoja kroz plašt kabla. Da se ne prekorače dozvoljene vrijednosti napona, koraka i dodira, zbog velikih struja zemljospoja, neophodno je obezbijediti dobro zaštitno uzemljenje postrojenja. Zbog toga je svaki jednopolni zemljospoj, u mrežama sa zvjezdištem uzemljenim preko niskoomske impedance, neophodno što brže isključiti. Uzemljenje neutralne tačke se izvodi preko niskonaponske impedanse prvenstveno u kablovskim i mješanim (kablovskim i zračnim) mrežama, a preporučljivo je i u zračnim mrežama, ako je kapacitivna struja zemljospoja veća od struje samogašenja električnog luka. Kao niskoomska impedansa preko koje se izvodi uzemljenje neutralne tačke, koristi se:

aktivni otpor (metalni ili elektrolitski); reaktansa (zračna ili u ulju).

5.7 Mreža sa uzemljenjem preko Petersenovog kalema

Da bi se ograničio iznos struje zemljospoja, može se u neutralnu tačku (zvjezdište transformatora) vezati prigušnica (tzv. Petersenov kalem), koja svojim induktivnim karakterom kompenzuje kapacitivnu struju kod zemljospoja.

20

Slika 20. Uzemljenje neutralne tačke preko prigušnice

5.8 Mreže sa direktno uzemljenom neutralnom tačkom

To su one mreže kod kojih je neutralna tačka transformatora neposredno spojena sazemljom:

Slika 21. Direktno uzemljenje neutralne tačke

6.0 POTROŠAČI I MJERENJA BITNA ZA POTROŠAČE

6.1 Potrošači

To su električni uređaji koji imaju sposobnost da električnu energiju koju crpe iz električne mreže transformišu u neki drugi vid energije kao što su toplotna, mehanička, kinetička, potencijalna i sl.

6.2 Aktivna trošila

U grupu aktivnih trošila ubrajaju se: a) sinhroni motori, sinhroni kompenzatori b) asinhroni motori c) aktivna mreža

6.3 Sinkroni motori i sinkroni kompenzatori

U slučaju kratkog spoja sinhroni motori/kompenzatori se zbog svoje nezavisne uzbude ponašaju kao sinhroni generator što znači da povećavaju struju kratkog spoja. Znači da je općenito sve sinhrone strojeve prilikom proračuna struja kratkog spoja portrebno tretirati kao sinhrone generatore.

21

6.4 Asinhroni motori

Budući da asinhroni motori nemaju uzbudu neovisnu o mreži, njihov udio u struji kratkog spoja traje samo 1-2 periode. To znači da se može smatrati da asinhroni motori imaju samo početnu reaktanciju, XM’’:

X M'' = 1

Ip /In⋅ Un

√3 In= 1

Ip / In⋅

Un2

Sn[Ω ]=Xd M

''

gdje je Ip potezna struja asinhronog motora. Inverzna reaktancija asinhronog motora identična je direktnoj, Xim = Xdm’’. Nulta reaktancija asinhronog motora ovisi o izvedbi uzemljenja nul – točke. Ako je ona uzemljena, tada je X0m << Xdm’’ = Xim, a ako nije uzemljena tada je nulta reaktancija neizmjerno velika.

Slika 22. Nadomjesne sheme reaktancija AM-a po sistemima a)direktni b)inverzni c)nulti

Napomena: Ove nadomjesne šeme vrijede samo kod proračuna početne struje kratkog spoja. Dalje se AM smatra pasivnim trošilom (dakle, nema više izvora u direktnom ssistemu već samo reaktancija.)

6.5 Aktivna mreža

Aktivna mreža je postojeća mreža za koju je već proveden proračun kratkog spoja, na čije se sabirnice N priključuje novo rasklopno postrojenje unutar kojeg je potrebno odrediti struje kratkog spoja.

Slika 23. Aktivna mreža

22

Iz provedenih proračuna kratkog spoja na sabirnicama N postojeće mreže, poznata je SK3 – rasklopna snaga trofaznog kratkog spoja na sabirnicama N te SK1 – rasklopna snaga jednofaznog kratkog spoja na sabirnicama N. Iz tih snaga te nazivnog napona, Un, sabirnica N moguće je odrediti direktnu, inverznu i nultu reaktanciju cijele postojeće mreže. Tako određene reaktancije Xdm, Xim i X0m predstavljaju reaktancije koje zamjenjuju cijelu postojeću mrežu u daljnjem proračunu kratkog spoja u novom rasklopnom postrojenju. Nadomjesne reaktancije za aktivnu mrežu se računaju prema izrazima:

X dm ''=c⋅Un

2

Sk 3

=X im

X 0m=c⋅Un2(3

Sk 1

−2Sk3 )

Slika 24. Nadomjesne sheme reaktancija aktivne mreže po sistemima a)direktni b)inverzni c)nulti

Ako se novo rasklopno postrojenje priključuje na više sabirnica postojeće mreže, onda je potrebno postojeću mrežu nadomjestiti s više reaktancija.

7.0 MEDODA NADOMJESNOG NAPONSKOG IZVORA

Metoda nadomjesnog naponskog izvora je zapravo svođenje svih impendancija na isti (bazni napon). Proračun se provodi zasebno za direktni, inverzni i nulti sistem, pri čemu pretpostavljamo da vrijedi:

Na cijelu mrežu narinut je jedan (odabrani bazni napon) napon, što znači da u nadomjesnoj šemi sinhronog generatora te aktivnih trošila, asinhronih motora, aktivne mreže, sinhronih motora i kompenzatora naponi izvora: c⋅Ub

√3bez obzira na nazivni napon sabirnica. Za bazni napon mreže se u principu odabire nazivni napon koji se najčešde pojavljuje u mreži – mi ćemo raditi tako da bazni napon odgovara naponu mreže na mjestu kvara.

23

S obzirom da naponi pojedinih dijelova mreže ne odgovaraju baznom, a da bi snage u mreži ostale jednake stvarnima, potrebno je impedancije dijelova mreže čiji se nazivni napon razlikuje od baznoga, preračunati na bazni i to na slijededi način:

S=konst .=U2

Z⇒

U b2

Zb

=Un

2

Zn

⇒Zb=Zn

U b2

U n2

Prema tome su nadomjesne reaktancije pojedinih elemenata mreže za ovu metodu:-za generator

X g=X %

100⋅U n

2

Sn

⋅(U b

U n)2

=X%

100⋅U b

2

Sn

[Ω ]

KG=Un

UnG

⋅cmax

1+ Xd'' sin ϕnG

X gK=KG X g

Gdje je KG -korekcioni faktor, XgK -korigirana vrijednost impedancije generatora, Un - nazivni napon sistema gdje se generator priključuje; UnG- nazivni napon generatora; ΦnG -nazivni fazni kut generatora .

-za transformator

X t=X%

100⋅U n

2

Sn

⋅(Ub

Un)2

=X%

100⋅Ub

2

Sn

[Ω ]

KT=0 , 95cmax

1+0,6 XT

X tK=KT⋅X t

Gdje je KT -korekcioni faktor, XtK -korigirana vrijednost impedancije transformatora

-za elektranuZS=K S (ZG+ZT )X gK=KS⋅Xg

X tK=KS⋅X t

K S=Un

2

UnG2

⋅UnTLV

2

UnTHV2

⋅cmax

1+|Xd'' −XT|sin ϕnG

Gdje je Ks -korekcioni faktor, ZS -korigirana impedancija elektrane; ZG -početna impedancija genaratora (bez korekcijskog faktora KG); ZT -impedancija blok transformatora (bez korekcijskog faktora KT);

-za prigušnicu

X pr=X %

100⋅

U n2

Sn

⋅(Ub

Un)2

=X%

100⋅

Ub2

Sn

[Ω ]

-za vod i kabel

24

X b=Xn (U b

U n)2

[Ω ]

-za asinhroni motor

X dM'' = 1

I p/ I n

⋅Un

2

Sn

⋅(Ub

Un)2

= 1Ip /In

⋅U b

2

Sn[Ω ]

-za aktivnu mrežu

X dm ''=X im=c⋅U n

2

SK 3(Ub

Un)2

=c⋅U b

2

SK 3

[Ω ]

X 0m=c⋅Un2⋅(U b

U n)2

⋅(3SK 1

−2SK 3

)=c⋅Ub2 (3SK 1

−2SK 3

) [Ω ]

Ili

X m=c⋅Un

√3 I k''

Ako je poznata struja kratkog spoja.

Napomena uz korekcijske faktore: kada je riječ o generatoru i elektrani tada se korekcijski faktor koristi samo kod početne impedancije. Kada je riječ o mrežnom transformatoru tada se korekcijski faktor koristi uvijek. Korekcijski faktori odnose se na direktnu, inverzni i nultu impedanciju ali se ne odnose na impedanciju uzemljenja (ZN).

Prilikom proračuna se pretpostavlja da su prijenosni omjeri svih transformatora 1:1, te da prelaskom s jedne strane transformatora na drugu dolazi samo do faznog zakreta napona i struja, i to na slijededi način (definiraju se kutevi zakreta):

Ydk Prelaz sa VN na NN Prelaz sa NN na VNDirektni sistem

e− j

kπ6 e

+ jkπ6

Inverzni sisteme

+ jkπ6 e

− jkπ6

Nulti sistem - -Δyk Prelaz sa Vn na NN Prelaz sa NN na VNDirektni sistem

e− j

kπ6 e

+ jkπ6

Inverzni sisteme

+ jkπ6 e

− jkπ6

Nulti sistem - -Yy0 Prelaz sa Vn na NN Prelaz sa NN na VNDirektni sistem - -Inverzni sistem - -Nulti sistem - -Yy6 Prelaz sa Vn na NN Prelaz sa NN na VNDirektni sistem -180° 180°

25

Inverzni sistem 180° -180°Nulti sistem - -

Tabela 1. Uglovi zakreta transformatora

Nakon što su proračunate struje kroz sve elemente mreže te naponi svih sabirnica mreže uz prethodno navedene pretpostavke, potrebno je odrediti stvarne vrijednosti napona i struja mreže prema slijedećim relacijama:

I st var na=I računska

Ub

Un

U st var ni=U računski

U n

U b

Napomene vezana uz crtanje nadomjesnih šema: Prilikom crtanja direktne i inverzne nadomjesne šeme sve nul-tačke generatora, aktivne mreže te u početnoj direktnoj nadomjesnoj šemi asinhronih motora (u biti svih onih elemenata koji se u šemi pojavljuju kao izvori) spojene su na zajednički povratni vod (bez obzira jesu li one doista uzemljene kod istih elemenata). Prilikom crtanja nulte nadomjesne šeme na zajednički povratni vod spojene su samo one tačke nadomjesnih šema koje su i fizički doista uzemljene kod elemenata mreže.

8.0 STRUJE KRATKOG SPOJA

Tu su one struje koje se javljaju u slučaju da se dotaknu dva nadzemna voda ili da dođe do direktnog dodira nekog od vodova trofazne mreže sa Zemljom ili pak da dođe do spoja između zavoja generatora, transformatora, ili nekih drugih električnih uređaja. One su po prirodi mnogo veće od nominalnih struja koje su dozvoljene i kao takve ih treba što prije prekinuti. Najčešće izazivaju kvarove sa dugotrajnim posljedicama ako se ne prekinu u kratkom vremenu, tope izolaciju, a svakako da su opasne i po život čovjeka. Ovakve struje se prekidaju posebnim prekidačima koji imaju medij za gašenje električnog luka, a identifikuju se relejima, uređajima koji cijelo vrijeme „posmatraju“ vodič ili neki od elemenata postrojenja i u slučaju da dođe do kvara (kratkog spoja najčešće) šalju signal do prekidača koji prekida strujni krug a istovremeno i signaliziraju ljudima koji rade u postrojenju da je došlo do kvara.

8.1 Osnovne pretpostavke

a) Generatori proizvode simetrične elektromotorne sile: ER=Ed

ES=a2 Ed

ET=aEd

Ei=E0=0

Isto vrijedi i za sve druge elemente kao što su aktivna mreža, asinhroni motori u početnom trenutku kratkog spoja koji u svojim nadomjesnim šemama sadrže elektromotorne sile.

26

b) Pretpostavlja se da je mreža neposredno prije nastanka kvara u praznom hodu, što znači da možemo uzeti da je elektromotorna sila Ed jednaka faznom nazivnom naponu generator, Vn. Naime, da je mreža bila opterećena, onda bi za Ed bilo potrebno uzeti elektromotornu silu: Ed=V n+ I⋅jX d

''

c) Sve relacije koje opisuju prilike u mreži kod kratkog spoja opisane su impendancijama Z, a ne reaktancijama jX premda je realno praktično moguće (a to ćemo u zadacima i činiti) zanemariti R pored X pa impendancija zapravo postaje reaktancija.

8.2 Vrste kratkih spojeva

Slika 25. Vrste kratkih spojeva a) trofazni kratak spoj b) dvofazni kratki spoj bez spoja sa zemljom c) jedofazni spoj d) dvofazni spoj spojen sa zemljom

Jedini simetričan kratak spoje od ovih je trofazni kratak spoj. On je uz jednofazni kratak spoj i najčešći kratak spoj koji se javlja u našim mrežama i postrojenjima. Zato ćemo u nastavku detaljnije da ih analiziramo. Jednofazni kratki spoj (K1) i dvofazni kratki spoj sa zemljom (K2Z) imaju značenje kratkog spoja (velike struje) samo ako je nul- točka generator uzemljena, jer se inače u mreži pojavljuju relativno malene kapacitivne struje pa takve spojeve onda nazivamo zemnim spojevima.

27

8.3 Trofazni kratki spoj, K3

-slučaj: K3 preko impendancije Zk

Uvjeti na mjestu kvara:

I R+ I S+ I T=0

V R' =V S

' =V T'

[V R ¿ ] [V S ¿ ]¿¿

¿

¿

¿

V d=13 (V R+aV S+a2V T )=1

3 (V R' +aV S

' +a2V T' )+1

3Zk (I R+aI S+a2 I T )=1

3⋅0+

13

Zk⋅3⋅Ialignl ¿ d ¿ ¿ ¿V d=Z k⋅Ialignl ¿ d ¿¿¿ ¿¿

V i=13 (V R+a2V S+aV T )=1

3 (V R' +a2V S

' +aV T' )+1

3Zk (I R+a2 I S+aI T )=1

3⋅0+

13

Z k⋅3⋅I i

V i=Zk⋅I i

V 0=13 (V R+V S+V T )=1

3 (V R' +V S

' +V T' )+1

3Zk ( I R+ I S+ I T )=1

3⋅3 V R

' +13

Zk⋅0

V 0=V R' =V S

' =V T'

Nadomjesne šeme:

Direktni sistem Ed=V d+ I d⋅Zd=I d⋅(Zk+Zd )

Inverzni sistem

0=V o+ Ii⋅Z i=Ii (Zk +Z i )⇒ I i=0⇒V i=0

Nulti sistem

28

Slika 26. Trofazni kratak spoj

Slika 27. Direktni sistem trofaznog KS

Slika

28. Inverzni sistem trofaznog KS

0=V 0+ I 0⋅Z0

I 0=0

V 0=0=V R' =V S

' =V T'

Struje i naponi na mjestu kvara:

Struje:

[ I R ¿ ] [ I S ¿ ]¿¿

¿¿ Naponi:

[V R ¿ ] [V S ¿ ]¿¿

¿¿

I k 3=I d=Ed

Zk +Zd

|I k 3|=|I d|=c⋅U b

√3|Zk+Zd|

8.4 Jednofazni kratki spoj, K1

Uvjeti na mjestu kvara:

I S=IT=0

V R' =0

V R=IR Zk

I S=IT=0⇒ Id=Ii=I 0=I R

3I k1=3 I d=IR

29

Slika

29. Nulti sistem trofaznog KS

Slika 30. Jednofazni kratak spoj

V d=Ed−I d⋅Zd

V i=−Ii⋅Z i=−I d⋅Z i

V 0=−I 0⋅Z0=−I d⋅Z0

⇒V R=V d+V i+V 0=Ed−I d (Zd+Zi+Z0 )=3 I d Zk

⇒ I d=Ed

Zd+Zi+Z0+3 Zk

=I i=I 0

I k1=3 I d=3 Ed

Zd+Z i+Z0+3 Zk

|I k 1|=3|I d|=√3⋅c⋅U b

|Zd+Z i+Z0+3 Zk|

[V d ¿ ] [V i ¿ ] ¿¿

¿

¿

¿

Struje i naponi na mjestu kvara:

[ I R ¿ ] [ I S ¿ ]¿¿

¿¿

¿¿

Ako je Zk=0, onda vrijede prethodne relacije i nadomjesna šema:

I k1=3 I d=3 Ed

Zd+Z i+Z0

|I k 1|=3|I d|=√3⋅c⋅U b

|Zd+Z i+Z0|

30

Slika 31. Nadomjesna šema jednofaznig kratkog spoja u direktnom, inverznom i nultom sistemu

9.0 MJERNI TRANSFORMATORI

Da bi smo mogli vršiti mjerenja u električnim postrojenjima, potrebni su nam mjerni transformatori. Možemo ih podijeliti na:

Strujne mjerne transformatore Naponske mjerne transformatore

Njihova zadaća u električnim postrojenjima jeste da transformišu velike vrijednosti struja i napona koje susrećemo u postrojenju na neke manje, za mjerenje nominale vrijednosti. U principu to su transformatori jako slični običnim transformatorima. Naime, uloga im je ista, da transformišu veličine na veće ili manje vrijednosti. Međutim, isključivo se koriste samo za mjerenja a ne i za transformaciju veličina na neke vrijednosti pogodne za prenos do potrošača.

Strujni naponski transformatori služe za transformaciju struje od veličine koja protiče kroz vod, generator, ili transformator na veličinu koja se može pustiti kroz instrument ili relej. Naponski transformatori transformiraju visoki napon na onaj koji mogu izdržati uređaji za mjerenja i zaštitu.

9.1 Strujni mjerni transformatori

Strujni mjerni transformatori principijelno su izvedeni kao svaki transformator sa željezom, a sastoje se od primarnog i sekundarnog namota, te od željezne jezgre od limova. Primarni namot priključen je u seriju sa potrošačima, odnosno sa generatorima, pa struja kroz taj namot praktički ne ovisi o prilikama na sekundarnoj strani.

31

Slika 32. a) izvedba strujnog transformatora b) ekvivalentna šema c) ekvivalentna šema sa prenosnim odnosom 1:1

Slika 33. Strujni mjerni transformator u postrojenju

9.2 Naponski mjerni transformator

Naponski mjerni transformator izveden je kao normalan transformator snage koji je priključen paralelno sa potrošačima na praktički konstantan napon. Osnovna je razlika između njega i transformatora snage da je relativno slabo opterećen kako bi pogreška mjerenja ostala malena. Struja magnetiziranja kod ovog transformatora, ovisna je samo o primarnom naponu. Prenosni

32

omjer je definisan omjerom nazivnog primarnog i nazivnog sekundarnog napona. Nazivni primarni napon jednak je ili nazivnom linijskom ili nazivnom faznom naponu mreže. U

prvom slučaju, sekundarni napon je 100 V a u drugom 100

√3.

Slika 34. Izvedbe naponskog strujnog transformatora KONČAR

Slika 35. Ekvivalentne šeme naponskih strujnih transformatora

33

10.0 ZAKLJUČAK

Kao zaključak ovog maturskog rada, možemo reći sledeće: Svaki elemenat u električnom postrojenju podložan je raznim kvarovima. Najčešće su to kratki spojevi i zemljospojevi. Da bi ove elemente zaštitili od tih nepoželjnih stanja, koristimo razne releje i rasklopnu opremu koja se napaja preko mjernih transformatora koji visoke vrijednosti struja i napona transformišu na vrijednosti pogodne za releje i mjerne uređaje. Sve proračune treba sprovodoti uz pomoć ekvivalentnih šema uz određena pojednostavljenja i zaštitne elemente podesiti na te vrijednosti koje se dobiju proračunima. Samo na taj način, moguće je da ovi elementi koje smo opisali u radu, rade na pravi način i da kao takvi, dugi niz godina služe svrsi.

34

11.0 LITERATURA

1. Visokonaponska rasklopna postrojenja – Hrvoje Požar, Tehnička knjiga Zagreb, 1973;2. Električne mreže I, II, III – Marija Ožegović, Karlo Ožegović, Sveučilište u Splitu,

1982;3. Transformatori I, II – Anton Dolenc, Sveučilište u Zagrebu, 1968;4. Projektovanje distributivnih transformatora – Jelena Krstović, Radovan Radosavljević,

2009;5. Električna postrojenja - mr.sc.Zoran Kovač 6. Predavanja, S.Krajčar, M. Delimar, www.fer.hr/predmet/elepos, 2007 7. Osnove elektricnih strojeva – Radenko Wolf, Sveučilište u Zagrebu

35

Mišljenje mentora o radu:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Predložena ocjena:

( )

Ispitivač:

Članovi komisije:

1.__________________________

2.__________________________

Izdvojeno mišljenje:

36