Měření hodinového úhlu transformátoru (Distribuce elektrické energie - BDEE)

Transkript

1 FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Měření hodinového úhlu transformátoru (Distribuce elektrické energie - BDEE) Autoři textu: Ing. Michal Ptáček Ing. Marek Kopička Květen 2013 epower Inovace výuky elektroenergetiky a silnoproudé elektrotechniky formou e learningu a rozšíření prakticky orientované výuky OP VK CZ.1.07/2.2.00/

2 MĚŘENÍ HODINOVÉHO ÚHLU TRANSFORMÁTORU Cíle měření: Jedním z cílů úlohy je se seznámit s reálným zapojením vstupních a výstupních svorek třífázového transformátoru. Cílem je stanovit napěťové poměry na měřeném transformátoru při jeho různém provozu (různém zapojení vinutí). Jedním z cílů také je demonstrovat, že ne všechny varianty hodinových úhlů jsou u provozu transformátoru možné. Cílem je navrhnout, zakreslit a zapojit několik variant provozu transformátoru, tyto varianty poté proměřit a zkonstruovat v měřítku fázorové diagramy. Diagramy poslouží problematiku správně dokreslit a upozorní na skutečnosti, které by si studenti pouhým změřením nemuseli uvědomit. Úvod a rozbor úlohy Třífázový transformátor představuje elektrické zařízení, respektive netočivý stroj, který slouží k transformaci střídavého napětí a proudu. Třífázový transformátor bývá proveden tak, aby byl ve fázích souměrný. V rámci teoretického náhledu, lze souměrně zatížený (každá fáze) transformátor nahradit článkem typu T nebo Γ, což usnadňuje stanovení provozních parametrů a stavů. Základní parametry jako je například jmenovitý výkon, jmenovité napětí primárního a sekundárního vinutí bývají zpravidla uvedeny na štítku přístroje a další parametry se určují na základě různých provozních stavů, tj. měření naprázdno a nakrátko. Pro jednotné zapojování svorek transformátoru byl zaveden pojem skupina spojení, takzvaný hodinový úhel. Příklad zapojení svorek (vinutí) transformátoru je naznačeno na následujícím obrázku Obr.1. Obr. 1: Ukázka svorkovnice transformátoru 1100VA Yy0 a jeho zapojení

3 Hodinový úhel je definován jako fázový posun mezi fázory vstupního a výstupního napětí stejné fáze (od vyššího k nižšímu) a je důležitý zejména pro paralelní chod transformátorů. Tento úhel je vyjádřený v hodinách a jedna hodina odpovídá 30. Různých hodnot hodinového úhlu lze tak dosáhnout vnitřním spojováním konců (začátků) vinutí jednotlivých fází. Samotné označení spojení fází (štítková hodnota) se skládá ze dvou písmen a jednoho číselného údaje. První (velké) písmeno značí typ zapojení primárního vinutí (Y hvězda, D trojúhelník), druhé (malé) písmeno představuje typ zapojení sekundárního vinutí (y hvězda, d trojúhelník, z lomená hvězda) a číslice představuje hodnotu hodinového úhlu. Při spojení do lomené hvězdy je vinutí každé fáze rozděleno na dvě části. Obě části jsou pak umístěny na dvou sousedních jádrech. Aby se indukovaná napětí správně geometricky sčítala. Zapojení do lomené hvězdy se používá jen na straně nižšího napětí při nerovnoměrném zatížení transformátoru. V zapojení s lomenou hvězdou pracuje většina distribučních transformátorů 22/0,4 kv. Při konstrukci jednotlivých zapojení, respektive hodinových úhlů, je nutné vinutí kreslit v rozvinutém tvaru a za kladný směr indukovaného napětí je považován směr od svorky - Začátek (různá označení 0 nebo z) ke svorce Konec (různá označení 1 nebo k). Při zapojování vinutí transformátoru na svorkovnici, měření a tvorbu fázorových diagramů je třeba dodržovat některá normou (ČSN ) stanovená pravidla. Kromě konvence ohledně značení strany vyššího napětí velkým a nižšího malým písmenem, se zakreslují schémata transformátorů podle následujícího obrázku: Obr. 2: Schéma vinutí transformátoru Při zakreslování fázorového diagramu je třeba dále dodržovat následující: - fáze A (popřípadě U) je vždy zakreslována svisle vzhůru, - konce vinutí strany vyššího napětí jsou vždy připojeny na svorkovnici, - pravotočivý systém sledu fází vyššího napětí, - hodinový úhel je měřen mezi svorkami A a a, které jsou při měření propojeny.

4 Na následujícím obrázku je příklad zakreslení fázorových diagramů zapojení Yd5. Obr. 3: Fázorové diagramy Pro představu a zakreslení zapojení svorkovnice je vhodnější použít náčrt v levé části obrázku, kdy jednoduše řečeno to, co je na ciferníku (obvodu kružnice) je připojeno na svorkovnici (je mezi tímto měřeno napětí). Naopak v pravé části je výsledný fázorový diagram - již i se změnou velikostí fázorů. (Začátek vynutí a byl přesunut s celým trojúhelníkem (d) na konec vinutí A - v důsledku propojení svorek A-a na svorkovnici.) Pro příklad je zde vyznačena velikost naměřená mezi koncem vinutí B a začátkem vinutí c. Příklad zapojení: Dy1 znamená, že strana vyššího napětí je zapojena do trojúhelníku, strana nižšího napětí do hvězdy a hodinový úhel je 1 hodina. Při zapojování a kreslení začínáme od strany vyššího napětí (primární vinutí). Grafické znázornění tohoto příkladu zapojení ukazuje následující obrázek. Obr. 4. Zapojení vinutí na svorkovnici a stanovení hodinového úhlu

5 Reálná zapojení transformátorů jsou: - Dd: Dy: (používá se tam, kde je nesymetrické zatížení pro velké výkony) - Dz: Yd: (používá se tam, kde se používají velké výkony v sítích VN) - Yy: 0 6 (používá se tam, kde je zátěž alespoň přibližně symetrická) - Yz: (používá se tam, kde je zátěž výrazně nesymetrická) Úkol měření Úkolem je stanovit napěťové poměry na měřeném transformátoru při jeho různém provozu (různém zapojení vinutí). Úkolem je navrhnout zapojení, zakreslit a zapojit několik variant provozu transformátoru, tyto varianty poté proměřit a zkonstruovat v měřítku fázorové diagramy. Použité měřicí přístroje a komponenty - Transformátor 1100 VA, 3-fázový - Digitální multimetr ruční, stolní - Propojovací kabely Postup měření 1. Samostatně zakreslete zapojení svorkovnice určeného zapojení a načrtněte jeho fázorový diagram (FD), 2. Zakreslete reálné zapojení svorkovnice podle modelu (podle vzoru obr. 1) vyučujícím určeného zapojení, 3. Zapojte pracoviště a vinutí transformátoru tak, aby odpovídalo zadanému zapojení, 4. Propojte svorky A-a (tj. napětí U Aa = 0 V), 5. Správnost zapojení měřícího pracoviště nechte zkontrolovat vyučujícím, 6. Pomocí digitálního multimetru proměřte a zaznamenejte jednotlivé kombinace napětí potřebné pro konstrukci fázorového diagramu, 7. Z naměřených hodnot sestrojte ve vhodném měřítku fázorový, 8. Postup opakujte pro další způsob(y) zapojení vinutí transformátoru. Zpracování výsledků Výstupem z měření bude tabulka naměřených hodnot napětí pro jednotlivé druhy zapojení vinutí transformátoru, z nichž budou v měřítku zakresleny odpovídající fázorové diagramy (- z tohoto důvodu si na měření přineste kružítko!). Dále budou pro jednotlivé druhy zapojení načrtnuty zapojení svorkovnice. Při grafickém zpracování použijte vhodné měřítko a případné odchylky od teoretických hodnot zkuste teoreticky zdůvodnit.

6 Kontrolní otázky 1. Co je to transformátor? 2. Na jakém základním principu pracuje transformátoru? 3. Jaké jsou hlavní části transformátoru? 4. Jaký je rozdíl mezi jádrovým a plášťovým transformátorem? 5. Co jsou to spojky a jádra a k čemu slouží? 6. Co je to ideální transformátor? 7. Co je to převod transformátoru? 8. Vysvětlete účinnost transformátoru. 9. Co je hodinový úhel transformátoru? 10. Nakreslete několik základní zapojení vinutí trojfázového transformátorů.