Transformatori

Sadržaj

Uvod............................... Uvod...................................................... .............................................. .............................................. .............................................. ........................................1 .................1 1. Trofazni Trofazni

transformatori................................... transformatori.......................................................... .............................................. ....................................... ....................2 ....2

1.1 Glavne karakteristike pojedinih sprega trofaznih transformatora.....................................3 transformatora.....................................3 2. Osnovni elementi konstrukcije transformatora.................................. transformatora......................................................... ..................................... ..............55 3. rincip rada............................... rada...................................................... .............................................. .............................................. ............................................. ........................! ..! ". #truja i gu$ici praznog hoda.................................... hoda........................................................... ............................................................... ........................................%% 5. Ogled praznog hoda................................... hoda.......................................................... .............................................. ...................................................... ...............................&& !. 'ratki spoj jednofaznog transformatora................................. transformatora................................................................................. ................................................(( !.1. )apon )apon kratkog kratkog spoja spoja Uk ................................................................................................1* ................................................................................................1* !.2. Gu$itci u namotima transformatora................................ transformatora....................................................... ........................................... ........................11 ....11 !.3. +aktor snage kratkog spoja................................... spoja.......................................................... ............................................ .................................. .............11 11 %. ,agrijevanje.......................... ,agrijevanje................................................. .............................................. .............................................. ....................................... ........................... ...........12 12 &. -rste -rste hlaenja................................ hlaenja....................................................... .............................................. .............................................. ..........................................1" ...................1" (. Uklju/enje transformatora transformatora u praznom hodu................. hodu........................................ .......................................... ................................ .............15 15 ,aklju/ak............................ ,aklju/ak................................................... .............................................. .............................................. .............................................. ..................................1% ...........1% 0iteratura................................... 0iteratura.......................................................... .............................................. .............................................. ..................................................1& ...........................1&

Uvod

*

Transformator je stati/ki elektrotehni/ki aparat koji pomou elektromagnetne indukcije  pretvara jedan sistem naizmjeni/nih struja u jedan ili vie sistema naizmjeni/nih struja iste u/estalosti

i o$i/no razli/itih vrijednosti struja i napona.

Uloga transformatora

u elektroenergetskom sistemu je veoma zna/ajna jer on omoguuje ekonomi/nu pouzdanu i sigurnu proizvodnju prijenos

i distri$uciju elektri/ne

energije pri najprikladnijim

naponskim nivoima. 4akle njegovom primjenom se uz veoma male gu$itke energije rjeavaju pro$lemi raznih naponskih nivoa i meuso$ne izoliranosti kola koje se nalaze na razli/itim

naponskim

nivoima.

Ovdje e

pre svega $iti rije/i o

energetskim transformatorima. Transformator tre$a da $ude projektiran i izraen tako da izdri mogua naprezanja kojima je izloen tokom svog ivotnog vijeka. )aprezanja u osnovi moemo da svrstamo u tri glavne grupe6 elektri/na mehani/ka i toplotna. 'od elektri/nih naprezanja pre svega tre$a o$ratiti panju na prenapone koji se javljaju kao posljedica prekidanja u kolu atmosferskih pranjenja lukova prema zemlji kratkih spojeva kao i ispitnih napona. ojave

praene

velikim

strujama

u

odnosu

na

nazna/ene

7nominalne

nazivne8 7kratki spojevi u mrei kao i uklju/enje transformatora u praznom hodu8 opasne su sa stanovita mehani/kih i toplotnih naprezanja 7ova naprezanja su proporcionalna sa kvadratom struje8. 4o poveanih toplotnih naprezanja dolazi i kod preoptereenja transformatora. Takoer tre$a o$ratiti panju i na $uku transformatora.

1. Trofazni

transformatori

1

'od trofaznih transformatora mogua su u osnovi dva tehni/ka reenja 9 grupa od tri jednofazna

transformatora

sa zase$nim

magnetskim

kolima ili

 jedan trofazni transformator sa zajedni/kim magnetskim kolom. Grupa jednofaznih transformatora se o$i/no primjenjuje za velike jedinice u :merici 7ameri/ka transformacija8 i ima prednost vezanu

za transport odravanje i osiguranje

rezerve jer su kvarovi

transformatora uo$i/ajeno na jednoj fazi ali je u osnovi skuplja 7oko 15;8 jer se ne koristi /injenica da je z$ir trenutnih vrijednosti uravnoteenih fluksova u sve tri faze jednak nuli i zahtijeva vie prostora. Trofazni transformatori sa zajedni/kim magnetnim kolom se /esto  primjenjuju u
Slika 1. Trofazni suhi transformator

 )amotaji trofaznih transformatora spreu se u6 = trokut = zvijezdu = slomljenu zvijezdu 7cik9cak sprega8 rema vaeim standardima priklju/ne stezaljke odnosno provodni ozna/avaju se oznake

sa slovnim

oznakama U - > ) 7ranije : ? @ ) 8. Aspred

izolatori slovne

za pojedinu fazu se stavljaju $roj/ane oznake za ozna/avanje visine napona

namotaja6 $roj B1B za visokonaponski namotaj 7-)8 B2B za niskonaponski 7))8 kod dvonamotajnih transformatora odnosno

namotaj

srednjenaponski namotaj 7#)8 kod

tronamotajnih transformatora i B3B za )) namotaj kod tronamotajnih transformatora. 'rajevi namotaja ozna/avaju se $rojnim oznakama B1B za po/etak i B2B za kraj 7svretak8 i to posle slovne oznake npr. 1U2 za svretak -) namotaja prve faze. Uz krajeve potre$no je definirati i smjer motanja namotaja oko stu$a 7BdesniB ili BlijeviB8.

2

Slika 2. Primjeri trofaznih namotaja:  NN namotaj spojen u trokut a) i slomljenu zvijezdu c), i N namotaj spojen u zvijezdu !)

1.1 Glavne karakteristike pojedinih sprega trofaznih transformatora a8 trokut 7oznaka 4 za -) odnosno d za ))8 9 $udui da su meufazni i fazni naponi  jednaki ova sprega u odnosu na spregu zvijezda

zahtijeva vei $roj navojaka manjeg

 presjeka 7radi 3 puta manje struje8 uz vee u/ee izolacije. Ovo ima za posljedicu veu koli/inu $akra kod visokonaponskih transformatora.  $8 zvijezda

7oznaka C za -) odnosno D za ))8 9 fazni napon je

3

 puta manji od meufaznog 7priklju/enog8 napona. :ko je namotaj sekundarni  postoji mogunost primjene dva napona meufaznog izmeu krajeva priklju/aka i faznog napona izmeu jedne faze i neutralne ta/ke. c8 slomljena zvijezda 7oznaka z 8 9 ova sprega se isklju/ivo primjenjuje za )) namotaje. )amotaj pojedine faze sa/injavaju dva redno povezana polunamotaja koji nisu

na istom stu$u. U odnosu na spregu zvijezda ovaj namotaj je zahtijeva 155; vie

 $akra meutim lako podnosi nesimetri/no optereenje pa se unato/ tome to je skuplji primjenjuje kod distri$utivnih transformatora manjih snaga. 'ada je izveden i priklju/ak na zvjezdite ili neutralnu to/ku oznaci sprege dodaje se i slovo )  odnosno n . #prega

CDn

primjenjuje

se kod distri$utivnih

transformatora

manje

snage. rednosti upotre$e ove sprege su manja potronja $akra i izolacije u odnosu na z9 spregu 7sa gledita proizvoa/a8 odnosno mogunost raspolaganja sa dva naponska nivoa9 linijski napon za elektro motore a fazni za osvjetljenje i jednofazne potroa/e 7sa gledita korisnika8. 3

 )edostatak ove sprege je znatno odstupanje od normalnih vrijednosti kada je optereenje nesimetri/no

to je naro/ito izraeno kada se primjenjuje

tri jednofazna transformatora. trofaznog

,ato

se ova

sprega

isklju/ivo

grupa od koristi kod

trostu$nog transformatora.

#prega Cd se takoer upotre$ljava u distri$utivnim mreama kada su snage i naponi vei nego u prethodnom

slu/aju. Ovakvi

transformatori se uglavnom

koriste za

napajanje trofaznih potroa/a. #prega 4Dn se primjenjuje /esto u irokom dijapazonu snaga i u mnogim primjenama9 kod elektrana 7za povienje napona8 odnosno kod prijemnika 7za snienje napona8. #prega

Czn

ima sve do$re oso$ine sprege CDn

u pogledu raspoloivosti

linijskih i faznih napona a utjecaj nesimetrije je zanemarljivo mali. To je  plaeno

oko 15 ; veim utrokom $akra za namotaje u odnosu na spregu zvijezda.

#pecijalno je ova sprega povoljna za napajanje tiristorskih i diodnih ispravlja/a jer doprinosi redukciji viih harmonika koji se iz ispravlja/a prijenose u mreu na koju je priklju/en primar  i koji izazivaju izo$li/enje napona. Uz

sprege potre$no

je definirati grupu sprege 7satni $roj8 tj. fazni stav

7pomjeraj8 izmeu primarnih i sekundarnih napona istoimenih faza. Termin satni $roj je uveden z$og analogije sa satom 7fazori se o$iljeavaju kao kazaljke sata8 dok fazni stav o kome je rije/ iznosi n E3*  gdje je n cio $roj od * do 11. O$i/no se fazor primarnog napona  prve faze 7 U8 stavlja u poloaj * 7128 sati $ez o$zira na njegovu spregu i fizi/ko postojanje. 'od nas su standardizirane sljedee sprege6 grupa * 9 primjenjuju se sprege CD*  grupa 5 9  primenjuju se sprege 4D5 i Cd5 Cz5 ri odreivanju faznih stavova primjenjivati emo sljedei postupak6 1. fazor primarnog napona faze U namotaja vieg napona stavlja se u poloaj 12 sati $ez o$zira na njegovu spregu i fizi/ko postojanje 2. svi namotaji na istom jezgru imaju isti fazni stav napona a smjer im je pozitivan ako se homologni krajevi podudaraju 3. satni $roj namotaja nieg naponskog nivoa se odreuje poloajem fazora faznog napona faze

7 8 $ez o$zira na fizi/ko postojanje.

"

2. Osnovni elementi konstrukcije transformatora U pogledu konstrukcije transformator se sastoji iz sljedeih osnovnih dijelova6 = magnetskog kola = namotaja = izolacije = transformatorskog suda = pomonih dijelova i pri$ora. Fagnetsko kolo se gradi od visokokvalitetnih hladnovaljanih

orijentiranih

transformatorskih limova. 4a $i se smanjila struja magneenja 7po$udna struja8 tei se uzimanju to kvalitetnijeg lima sa velikom relativnom permea$ilnou i  primjenjuju se odgovarajua konstrukcijska i tehnoloka reenja u izradi magnetskog kola. adi smanjenja gu$itaka

uslijed vrtlonih struja koriste

se meuso$no izolirani

limovi male de$ljine 7*3* *2% i *23mm 8. Osnovni fizi/ki elementi magnetskog kola su stupovi 7jezgra8 oko kojih su smjeteni namotaji i jarmovi 7donji i gornji8. #tupovi imaju stepenasti o$lik i popunjavaju se paketima limova odgovarajue irine kako $i ispuna  prostora opisanog kruga $ilo to $olja. 'od transformatora velikih snaga u  jezgra se stavljaju kanali 7po duini irine !mm 8 i prema potre$i jedan popre/ni 7irine 1*9 15mm8 kako $i kroz njih moglo Fagnetsko kolo se pritee

da cirkulira ulje i hladi

odgovarajuim steznim

sistemom

magnetsko

kolo.

kako $i se do$ila

to $olja mehani/ka kompaktnost.

Slika ".: #meri$ka izved!a transforamtora

 )amotaji od

$akra

se prave

od

okruglog

profilnog

ili trakastog

provodnika

ili aluminijuma materijala koji imaju mali elektri/ni otpor. )amotaj koji se

 priklju/uje na napajanje se naziva primar  dok se namotaj koji je spojen na prijemnik naziva sekundar. Osnovni o$lici namotaja prema na/inu izrade su6 spiralni slojeviti i presloeni. Gustine struje za namotaje uljnih transformatora su 2 9 "5:Hmm 2 .

5

Azolacija predstavlja kom$inaciju celuloze 7papir prepan8 i izolacionog ulja u

slu/aju uljnih transformatora odnosno /vrste izolacije 7staklene tkanine impregnirane

epoksidnim silikonskim ili drugim sinteti/kim smolama8 u kom$inaciji sa zrakom kod suhih transformatora

7do 3!k- 8. Azolaciono 7transformatorsko8 ulje

izolacionih svojstava osigurava i hlaenje

osim

transformatora jer z$og

specifi/nog toplotnog kapaciteta mnogo $olje odvodi toplotu

po$oljanja svog

velikog

sa magnetskog kola i

namotaja na sud i rashladni sistem. Feutim tre$a imati u vidu da je ulje zapaljivo i da lako gori. Azolacija  provodnika je naj/ee lak ili papir. Transformatorski sud postoji kod uljnih transformatora i izrauje se od kvalitetnog /elika sa oja/anjima. O$lik suda zavisi od na/ina hlaenja pa $o/ne strane mogu $iti glatke valovite ili sa cijevima za hlaenje. omoni izolatori napona

dijelovi

za povezivanje priklju/ak

i pri$or sa

transformatora6

mreom

dilatacioni

natpisna sud

plo/ica provodni

7konzervator8

regulator 

za uzemljenje dep termometra pokaziva/ nivoa ulja slavina za

isputanje ulja itd.

Slika ". %snovni dijelovi transformatora

!

3. Princip rada  )a primarni namotaj transformatora dovodi se elektri/na energija u o$liku naizmjeni/nog napona

koja u magnetno

spregnutom

sekundarnom

namotaju

inducira odgovarajuu naizmjeni/nu elektromotornu silu odnosno struju koja se koristi za napajanje prijemnika. 4akle primarni namotaj se ponaa kao prijemnik dok se sekundarni namotaj ponaa kao izvor elektri/ne energije.

Slika &. Princip rada transformatora

4. Struja i u!ici prazno "oda #truja praznog hoda se sastoji od dvije komponente reaktivne 7struje magneenja8 kojom se magneti magnetsko kolo i aktivne kojom se uzimaju u o$zir gu$ici praznog hoda. ,$og nelinearnosti karakteristike ? I f 7J8 struja magneenja je nesinusoidalnog o$lika dakle sadrava i vie harmonike od kojih je najzna/ajniji trei. ,$og ekonomskih razloga nazna/ena radna to/ka se nalazi na koljenu 7laktu8 karakteristike ? I f 7J8. Gu$ici praznog hoda pri$lino su jednaki gu$icima u eljezu koji se sastoje od gu$itaka uslijed

histereze i gu$itaka

Utroena

uslijed vrtlonih

struja.

energija uslijed histereze po jedinici mase lima KkgL u toku

 jedne periode proporcionalna je povrini

histerezisne

petlje odnosno

zavisi o

 promjeni amplitude indukcije ? n  gdje se n naj/ee kree zavisno od vrste limova od 1% do 22. O$i/no se kod ra/unanja uzima kao neka prosje/na vrijednost n I 2. %

Utroena snaga uslijed histereze po jedinici mase lima proporcionalna je  $roju perioda u sekundi odnosno proporcionalna u/estalosti6 p I f M

Ik f ?2

K>HkgL . Gu$itke uslijed vrtlonih struja emo kvalitativno izraziti preko uticajnih veli/ina  $udui da je raspodjelu i ukupni efekt ovih struja relativno teko to/no sra/unati sa dovoljnom to/nou. Gu$ici uslijed vrtlonih struja proporcionalni su kvadratu inducirane ems u  parazitnim kolima a o$rnuto proporcionalni specifi/nom otporu lima. Anducirana ems

u kolima

vrtlonih

struja po

jedinici

duine

lima

 proporcionalna je amplitudi indukcije ?maN u/estalosti f i de$ljini lima d pa se gu$ici uslijed vrtlonih struja mogu prikazati prema poznatom o$rascu iz
Ukupni gu$ici u eljezu mogu se prikazati izrazom6 'onstruktori transformatora o$i/no snimaju karakteristike gu$itaka magneenja za svaku vrstu lima i o$lik magnetskog kola koji se upotre$ljava.

#. Oled prazno "oda

Osnovni ciljevi provoenja ogleda praznog hoda su odreivanje6 = gu$itaka praznog hoda 7pri$lino jednaki gu$icima u eljezu8 = struje praznog hoda = parametara ekvivalentne sheme. Ogled

se provodi tako da na jedan od namotaja

7o$i/no nieg napona8

 priklju/imo nazna/eni 7ili njemu $liski8 napon a priklju/ke drugog namotaja ostavimo otvorenim. Tokom ogleda mjeri se6 = napon napajanja U*  pri$lino ili to/no jednak sa Un  = struja napajanja A *  = snaga uzeta iz mree  7snaga praznog hoda8. Azmjerena snaga gu$itaka praznog hoda pri$lino je jednaka gu$icima u eljezu6 &

od nazna/enom strujom praznog hoda smatramo onu vrijednost struje napajanja koja to/no odgovara nazna/enom naponu. elativna vrijednost struje praznog hoda je oko 193; u odnosu na nazna/enu struju 7kod transformatora velikih snaga i manje od 1;8. rilikom zanemaruje

odreivanja

parametara

ekvivalentne

sheme

o$i/no

se

uzduna 7redna8 grana sheme $udui da se pad napona na rednoj

impedansi moe zanemariti. arametre

popre/ne

grane

ekvivalentne

sheme

7* i P*8 jednofaznog

transformatora tada odreujemo na sljedei na/in6 = impedansa praznog hoda = faktor snage u praznom hodu = fiktivna aktivna otpornost kojom uzimamo u o$zir gu$itke praznog hoda6 = reaktansa praznog hoda6

$. %ratki spoj jednofazno transformatora okus kratkog spoja vri se tako da se sekundarne stezaljke kratko spoje a primarni namot se priklju/i na snieni napon prema shemi na slici6

Slika '. (ratki spoj jednofazno transformatora

 )a primarne stezaljke  * +  ne smije se priklju/iti nazivni napon za koji je transformator primarno graen jer $i to $io izravan kratki spoj pa $i temperatura u namotima z$og velikih struja kratkog spoja u vrlo kratkom vremenu toliko porasla da $i izolacija izgorjela te $i moglo doi do poara i eksplozije transformatora ako zatita transformatora ne $i pravodo$no reagirala i odvojila transformator od izvora napona. ,ato pri pokusu kratkog spoja tre$a pomou regulacijskog transformatora napon koji dolazi na stezaljke * +  polako podizati od - ) na vie. ri tom se promatraju ampermetri i (

napon se prestane podizati /im oni pokau da u namotima teku nazivne struje  / 1N i / 2N    tj. struje za koje je transformator graen. U tom trenutku o/ita se napon koji je pokazao  primarno priklju/en voltmetar i snaga koju pokazuje vatmetar a o/itani podaci za$iljee se. rije pokusa kratkog spoja potre$no je imati podatke o nazivnim strujama  / 1N  i  / 2N . :ko se pokus vri na novom transformatoru u tvorni/kom la$oratoriju ti se podaci do$iju od konstruktora transformatora a u pogonu se mogu o/itati s plo/ice u/vrene na transformatoru. Azmjerene veli/ine odreuju6 1. napon kratkog spoja 0 k  2. gu$itke u namotima transformatora P u 3. faktor snage kod kratkog spoja cosϕk 

6.1. Napon kratkog spoja U k   )apon izmjeren na voltmetru je napon koji se moe narinuti na stezaljke primara kod  pokusa kratkog spoja i naziva se napon kratkog spoja (U k )   )apon kratkog spoja je dakle onaj napon priklju/en na primaru kod kojeg e kroz kratko spojeni sekundarni namot potei nazivna struja .  )apon kratkog spoja vrlo je vana veli/ina i za ra/unsko odreivanje struja pogonskog kratkog spoja 7kratki spoj koji nastaje slu/ajno ili z$og kvara kad je transformator u pogonu8 ri pokusu kratkog spoja na sekundarnim stezaljkama nema napona ( U 2 = 0 ), a to zna/i da se ukupni napon 0 k   priklju/en primarno potroio u namotima transformatora. )apon kratkog spoja 0 k   redovito se daje u postocima u odnosu na nazivni napon 0 1N  i to pomou formule 6 u k  ;

=

0 k  0 1 N 

⋅

1**;

'od transformatora snage napon kratkog spoja iznosi pri$lino "; do 12; od nazivnog napona. Fanje vrijednosti odnose se na manje transformatore dok s porastom snage transformatora raste i 0 k  . :ko u pogonu doe do kratkog spoja sekundarnog namota na njemu e napon pasti na nulu 70 2I*8. To zna/i da e se /itav nazivni napon 0 1N  potroi u transformatoru i da e u transformator potjerati veliku struju kratkog spoja  / k. Ta struja mora $iti toliko jaka da u namotima transformatora stvori tolike padove napona koliki je primarni napon 0 1N .

1*

Az relacije da se struja i naponi u transformatoru odnose o$rnuto razmjerno proizlazi6  /  N  6  /  (   /  ( 

=

=

0 1 N  0  ( 

0  (  6 0 1 N  ⋅

 /  N 

Gdje je6  I k [: k:]9struja kratkog spoja  I  ) [: k:]9nazivna struja

U1) [-]9nazivni napon Uk [-]9napon kratkog spoja

Azrazi li se napon u postotku proizlazi6  /  ( 

1** =

u k  ;

⋅

/  N 

Az ove se jednad$e vidi da e struja kratkog spoja $iti toliko puta vea od nazivne koliko puta je uk manje od 1**;.

6.2. Gubitci u namotima transformatora #naga izmjerena kod pokusa kratkog spoja predstavlja pri$lino gu$itke u $akrenim namotima6 k ≈ cu.  )apon kratkog spoja malen je u odnosu na nazivni napon. )pr. 6za transformator sa  0 1) I 1* *** - a uz uk I5; izraeno u voltima  $it e 0 'I   5**-. To zna/i da je napon 2* puta nii od nazivnog . Fagnetski tok $it e takoer toliko puta manji a kako gu$ici u eljezu rastu  odnosno padaju s kvadratom napona odnosno magnetskog toka  to e gu$ici u eljezu u razmatranom primjeru $iti 2* 2 I "** puta manji od nazivnih . 'ako oni i u normalnom pogonu nisu veliki  mogu se pri pokusu kratkog spoja zanemariti  pa snaga izmjerena pri pokusu kratkog spoja predstavlja pri$lino gu$itke u  $akrenim namotima

11

6.3. aktor snage kratkog spoja :nalogno kao kod pokusa praznog hoda moe se pomou izmjerenih veli/ina izra/unati i faktor snage kratkog spoja pomou relacije za snagu kratkog spoja 6  P   ( 

=

0 k   /  N  cos ϕ  ( 

cos ϕ  ( 

⋅

=

⋅

 P k  0 k   /  N  ⋅

 P k Q snaga kratkog spoja 7>8 0 k Q napon kratkog spoja 7-8  / n Q nazivna struja 7:8

cosϕk 9 faktor snage kratkog spoja

&. 'arijavanje

ri procesu preo$raaja elektri/ne energije u transformatoru jedan dio energije se  pretvara u toplotu to sa stanovita korisnika predstavlja gu$itke.

Toplota

proizvedena

gu$icima zagrijeva dijelove transformatora 7magnetno kolo namotaje izolaciju sud8 i izaziva  porast njihove temperature u odnosu na okolnu sredinu 7am$ijent8. U odnosu na gu$itke uslijed magneenja  $akruB8 namotaja

7Bgu$ici u eljezuB8 gu$ici u uslijed optereenja

7Bgu$ici u

su zna/ajniji po veli/ini i posljedicama zato to izolacija provodnika predstavlja najosetljiviji dio transformatora s o$zirom na toplotna naprezanja.

orast temperature u opem slu/aju zavisi od veli/ine i vremenske funkcije optereenja 7trajni rad cikli/ni rad i rad u izvanrednim uvjetima8 #a

porastom

i na/ina i efikasnosti hlaenja.

snaga transformatora pro$lem zagrijevanja postaje sve izraeniji jer su

gu$ici pri$lino razmjerni sa zapreminom a odvoenje toplote sa povrinom. Ograni/enja

temperature

su razli/ita za razne materijale. 'ao

to je ve

istaknuto najosjetljivija je izolacija provodnika koja sa vremenom stari tj. smanjuje joj se kvaliteta i to utoliko $re ukoliko joj je vea temperatura na kojoj se nalazi. 4akle

vijek

trajanja izolacije

zavisi

od

radne

temperature

maine.

#rednja

vrijednost vijeka trajanja dananjih transformatora iznosi nekoliko decenija.

12

 )azna/ena snaga je ona koja je istaknuta na natpisnoj plo/ici to jest ona za

koju

je transformator

deklariran.

#tvarna

snaga

je

ona

pri

kojoj

je

zagrijevanje transformatora jednako dozvoljenom. #a stanovita korisnika prihvatljivo je da stvarna snaga $ude vea od nazna/ene snage tj. da se transformator moe opteretiti veom snagom u odnosu na deklariranu. ropisima je za pojedine vrste izolacije definiran odgovarajui najvii dozvoljeni porast temperature u odnosu na okolinu. ,a uljne transformatore gdje se redovno upotre$ljava izolacija temperatura

najtoplije ta/ke 7negdje

u gornjem

papir u ulju 7klasa :8

dijelu transformatora8 ne smjer da

 pree 1"* @ normalnim uvjetima rada 7trajni i cikli/ni rad8 dok srednji porast temperature namotaja maksimalno smjer da $ude !5'. 'od suhih zra/no hlaenih transformatora ide se na znatno vie temperature namotaja pa se mora upotrije$iti kvalitetnija izolacija koja se razvrstava u klase. Ta$ela 191 'lase izolacije

'od

uljnih transformatora

za porast temperature

moramo

ulja u odnosu

voditi ra/una i o ograni/enju vezanom na okolinu.

,a zatvorene

sisteme sa

dilatacionim udom dozvoljena vrijednost porasta temperature ulja u odnosu na okolinu iznosi !*'. ,a ostale dijelove transformatora nisu propisana ograni/enja ve propisi nalau da njihova temperatura ne smjer nikada dostii takvu vrijednost koja $i mogla da

izazove

oteenja u transformatoru. 'ao i u drugim procesima i ovdje moemo da promatramo ustaljena 7stacionarna8 stanja i prelazna 7nestacionarna8 stanja. Ustaljeno stanje nastupa kada se izjedna/i dovedena i prenesena 7odvedena8 toplota odnosno

kada se temperatura

stanja uslijed nejednakosti

izmeu

ustali na nekoj vrijednosti. 'od prelaznih dovedene

i prenesene

toplote temperatura

raste 7zagrijevanje8 odnosno opada 7hlaenje8. 4ovod toplote nastaje uslijed gu$itaka dok se odvod toplote vri na tri  poznata

na/ina6 provoenjem 7kondukcijom8 strujanjem 7konvekcijom8 i zra/enjem

7radijacijom8. 13

rovoenje toplote sli/no

je provoenju

elektri/ne

struje i odigrava

se

uglavnom u /vrstim tijelima. rovoenje se odigrava u namotajima i jezgru sa konstrukcijskim dijelovima. U provoenje se ura/unava i prijelaz toplote preko kontaktnih  povrina. #trujanje je vezano za fluide 9 te/nosti i gasove kod kojih se osim toplote kreu i molekuli odnosno grupe molekula. 'od transformatora ovo je najvaniji vid prijenosa toplote a fluidi su naj/ee ulje i zrak. O$i/no se strujanje svrstava u dijve podvrste6 prirodno i prinudno. −

rirodno strujanje 9 npr. uslijed razli/ite gustoe zagrijanih i hladnih molekula odnosno grupa molekula ulja topliji dijelovi idu gore hladniji dole i u svom kretanju dodirujui zagrijane povrine aktivnih dijelova odnose sa so$om izvjesnu koli/inu toplote hladei tako te dijelove. utujui dalje oni stiu

do hladnjaka 7re$ara

ili

radijatora8 i

njima predaju sada tu

toplotu koja se sa ovih iri na okolinu. −

rinudno

strujanje

se primjenjuje

 prirodnim

strujanjem nedovoljno

velikih snaga. @irkulacija

kada

je odvoenje

to je slu/aj kod

toplote

transformatora

se na/ini intenzivnijom ako se za te/nost 7ulje8

 primjeni pumpa a za zrak ventilator. ,ra/enje je vid prenoenja toplote

putem

elektromagnetskih valova

relativno

niske u/estalosti. )jihova valna duina je utoliko kraa ukoliko je temperatura via. 'od transformatora se odavanje toplote zra/enjem odigrava na povrini suda koji zra/i u okolinu i na taj na/in se prenoenje toplote na tom mjestu odvija sloeno 9 sa$ira se snaga strujanja

i zra/enja pri /emu

je prva zna/ajnija

pogotovu

kod prinudnog

strujanja zraka. rirodno je da su najvanije temperature namotaja pose$no najvea vrijednost koja je ve definirana pod nazivom temperatura najtoplije ta/ke. )a alost ona je rijetko dostupna mjerenju pa se zato odreuje posredno primjenjujui o$rasce definirane odgovarajuim propisima 7standardima8. :meri/ki vrijednost porasta

propisi preporu/uju za transformatore temperature

namotaja *sr I !5 ' 

/ija je dozvoljena ovu

jednostavnu

srednja formulu

za izra/unavanje porasta temperature u najtoplijoj to/ki6

1"

(. )rste "la*enja ,a ozna/avanje vrste hlaenja usvojen je zapis sa " velika latini/na slova od kojih prvo i drugo koje

je u dodiru

ozna/avaju

vrstu i na/in

strujanja

rashladnog

sredstva

sa namotajem respektivno dok se tree i /etvrto odnose na vrstu i

na/in strujanja rashladnog sredstva u dodiru sa spoljnjim hladnjakom 7ako ga ima8. ,a rashladno sredstvo koje je u dodiru sa namotajem usvojene su sljedee oznake6 O 7oil8 za ulje 0 7liRuid8 za sinteti/ku te/nost i : 7air8 za zrak. ,a na/in strujanja usvojene su oznake6 ) 7natural8 za prirodno i + 7forced8 za prinudno. ,a rashladno sredstvo koje je u dodiru sa vanjskim hladnjakom usvojene su sljedee oznake6 : 7air8 za zrak G 7gas8 za gas i > 7Mater8 za vodu.  )aj/ee upotre$ljavani sistemi su6 :) 9 suhi transformator $ez oklopa 7zatitnog plata8 :):) 9 suhi transformator sa oklopom 7zatitnim platem8 O):) 9 uljni transformatori sa prirodnim strujanjem ulja iznutra i zraka spolja O):+ 9 isto samo sa ventilatorom spolja O):+HO+:+ pumpa se uklju/uje samo pri velikim optereenjima O+:+ 9 isto samo je pumpa stalno uklju/ena O)>+ 9 ne postoji uljna pumpa a spolja je vodeno hlaenje sa pumpom O+>+ 9 isto samo postoji i uljna pumpa.

Slika 3. Primjer na$ina strujanja rashladno sredstva transformatora

15

+. Uklju,enje transformatora u praznom "odu #truja prilikom uklju/enja transformatora na puni napon moe da $ude viestruko vea od nazna/ene struje A n  odnosno stotinu i vie puta vea od struje praznog hoda u ustaljenom stanju A * . relazna pojava traje kratko vrijeme ali moe da uti/e na prekostrujnu zatitu koja tre$a da se podesi tako da ne djeluje nepotre$no i isklju/i transformator. Uzrok ove pojave je u nelinearnosti magnetskog kola. rilikom uklju/enja radna to/ka na karakteristici magneenja moe da se nae du$oko u o$lasti zasienja. rimarni namotaj prilikom uklju/enja moe se pojednostavljeno prikazati kao redno 0 kolo kod kojeg je induktivnost nelinearna i funkcija je fluksa6 0I07S8 gdje je fluks S I0i

Slika 4. Pojednostavljeni prikaz primarno namotaja prilikom uklju$enja

Faksimalna vrijednost struje uklju/enja je utoliko vea ukoliko se presjek namotaja vie  pri$liava presjeku metala iz /ega slijedi da sa gledita udarne struje uklju/enja primar tre$a da $ude vanjski namotaj to se /esto i /ini ako je on za vei napon. 4alje vidi se da je ta struja manja ako je remanentna indukcija ?r manja i ako su dimenzije 7 l 8 manje.

1!

'aklju,ak ad transformatora zasniva se na +aradaDevom zakonu elektromagnetske indukcije  prema kojem vremenska promjena magnetskog toka ulan/anog vodljivom petljom inducira u  petlji napon dok struja uzrokovana tim naponom stvara magnetski tok koji se u skladu s 0entzovim zakonom opire promjeni toka koji je inducirao napon. 'od idealnog transformatora su odnosi napona u namotima primara i sekundara  proporcionalni a odnosi jakosti struja o$rnuto proporcionalni omjeru $roja navoja. :ko na  primjer sekundarni namotaj ima deset puta vie navoja od primarnog namota napon sekundara $it e deset puta vii a jakost struje deset puta manja nego u primaru. Transformator moe imati i vie sekundarnih namota koji mogu $iti galvanski odvojeni a mogu $iti realizirani i tako da jedan sekundarni namot ima vie izvoda. ,$roj svih snaga na sekundarnoj strani u idealnom transformatoru jednak je elektri/noj snazi koju transformator  troi iz izvora elektri/ne energije 7npr. iz gradske mree8. #tvarne izved$e transformatora karakteriziraju meutim gu$ici koje /ini energija  potre$na za magnetiziranje feromagnetske 7ili druge8 jezgre gu$ici z$og vrtlonih struja gu$ici u $akru 7omski gu$ici u icama od kojih su namotani namoti8 itd. ,$og tih gu$itaka je korisna snaga sekundara nerijetko i nekoliko desetaka posto manja od utroene snage primara. Gu$ici uslijed vrtlonih struja u eljeznoj jezgri smanjuju se pakiranjem jezgre iz meuso$no 7lakom ili papirom8 izoliranih transformatorskih limova pose$nog sastava 7s dodatkom silicija8 od feromagnetskog materijala koji imaju do$ru magnetsku provodljivost i osiguravaju do$ru magnetsku spregu izmeu namota. Transformatori za vrlo visoke frekvencije gdje $i gu$itci snage u jezgri $ili vei od gu$itaka u namotima uzrokovanih sla$om spregom imaju jezgre od pose$nih kerami/kih materijala 7feriti8 ili sinterovane eljezne praina u izolirajuoj masi. 'od malih transformatora namoti se motaju icom koja je izolirana lakom dok se kod velikih transformatora koriste i druge vrste izolacija.

1%

-iteratura •

-. Jartl
•

Fario
•

. 'ali Transformatori ,avod za ud$enike i nastavna sredstva ?eograd 1((1.

1&