Změna napětí na nn svorkách distribučního transformátoru vn/nn při změně jeho zatížení

Transcript

1 VYSOKÉ ČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKLTA ELEKTROTECHNIKY A KOMNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV ELEKTROENERGETIKY BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Zěna napětí na nn svorách distribučního transforátoru vn/nn při zěně jeho zatížení BRNO 008 FRANTIŠEK BERNÁTH

2 LICENČNÍ SMLOVA POSKYTOVANÁ K VÝKON PRÁVA ŽÍT ŠKOLNÍ DÍLO Pan Jéno a příjení: uzavřená ezi sluvníi stranai: Františe Bernáth Byte: Petőfiho 65, 943 Dvory nad Žitavou, Slovensá republia Narozen (datu a ísto): v Nových Záoch (dále jen autor ) a Vysoé učení technicé v Brně Faulta eletrotechniy a ouniačních technologií, se sídle Údolní 44/53, Brno, jejíž jéne jedná na záladě píseného pověření děane faulty: Prof Ing Radiír Vrba, CSc (dále jen nabyvatel ) Čl Specifiace šolního díla Předěte této slouvy je vysoošolsá valifiační práce (VŠKP): baalářsá práce (dále jen VŠKP nebo dílo) Název VŠKP: Vedoucí/ šolitel VŠKP: Ústav: Zěna napětí na nn svorách distribučního transforátoru vn/nn při zěně jeho zatížení doc Ing Vladiír Blaže, CSc Ústav eletroenergetiy Datu obhajoby VŠKP:

3 VŠKP odevzdal autor nabyvateli v * : tištěné forě počet exeplářů eletronicé forě počet exeplářů Autor prohlašuje, že vytvořil saostatnou vlastní tvůrčí činností dílo shora popsané a specifiované Autor dále prohlašuje, že při zpracovávání díla se sá nedostal do rozporu s autorsý záone a předpisy souvisejícíi a že je dílo díle původní 3 Dílo je chráněno jao dílo dle autorsého záona v platné znění 4 Autor potvrzuje, že listinná a eletronicá verze díla je identicá Článe dělení licenčního oprávnění Autor touto slouvou posytuje nabyvateli oprávnění (licenci) výonu práva uvedené dílo nevýdělečně užít, archivovat a zpřístupnit e studijní, výuový a výzuný účelů včetně pořizovaní výpisů, opisů a roznoženin Licence je posytována celosvětově, pro celou dobu trvání autorsých a ajetových práv dílu 3 Autor souhlasí se zveřejnění díla v databázi přístupné v ezinárodní síti ihned po uzavření této slouvy (z důvodu utajení v ně obsažených inforací) 4 Nevýdělečné zveřejňování díla nabyvatele v souladu s ustanovení 47b záona č / 998 Sb, v platné znění, nevyžaduje licenci a nabyvatel je něu povinen a oprávněn ze záona Článe 3 Závěrečná ustanovení Slouva je sepsána ve třech vyhotoveních s platností originálu, přičež po jedno vyhotovení obdrží autor a nabyvatel, další vyhotovení je vloženo do VŠKP Vztahy ezi sluvníi stranai vznilé a neupravené touto slouvou se řídí autorsý záone, občansý záoníe, vysoošolsý záone, záone o archivnictví, v platné znění a popř dalšíi právníi předpisy 3 Licenční slouva byla uzavřena na záladě svobodné a pravé vůle sluvních stran, s plný porozuění jejíu textu i důsledů, nioliv v tísni a za nápadně nevýhodných podíne 4 Licenční slouva nabývá platnosti a účinnosti dne jejího podpisu oběa sluvníi stranai V Brně dne: Nabyvatel Autor

4 Bibliograficá citace práce: BERNÁTH, F Zěna napětí na nn svorách distribučního transforátoru vn/nn při zěně jeho zatížení Brno: Vysoé učení technicé v Brně, Faulta eletrotechniy a ouniačních technologií, s Vedoucí baalářsé práce doc Ing Vladiír Blaže, CSc Prehlasuje, že so svoju baalársu prácu vypracoval saostatne a použil so len podlady uvedené v priloženo zoznae Zároveň by so chcel poďaovať vedúceu baalársej práce p doc Ing Vladiírovi Blažovi, CSc za cenné rady a pripoieny ojej práci, posytnutú literatúru Vďaa tatiež patrí svojí blízy za podporu počas ôjho štúdia

5 VYSOKÉ ČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Faulta eletrotechniy a ouniačních technologií Ústav eletroenergetiy BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Zěna napětí na nn svorách distribučního transforátoru vn/nn při zěně jeho zatížení Františe Bernáth vedoucí: doc Ing Vladiír Blaže, CSc Ústav eletroenergetiy, FEKT VT v Brně, 008

6 BRNO NIVERSITY OF TECHNOLOGY Faculty of Electrical Engineering and Counication Departent of Electrical Power Engineering Bachelor s Thesis Change of voltage at LV terinals of a MV/LV power distribution transforer caused by changes in its load by Františe Bernáth Supervisor: doc Ing Vladiír Blaže, CSc Brno niversity of Technology, 007

7 ABSTRAKT Práca sa zaoberá probleatiou distribučných transforátorov Čitateľovi sú predložené teoreticé inforácie v prvej časti Táto úvodná vedoosť uožňuje bližšie sa oboznáiť s prílado, torého riešenie je cieľo práce Prílad zahŕňa odelovú situáciu v eletrizačnej sústave, edy je prieyselný závod napájaný cez vedenie VN a tri paralelne pracujúce transforátory VN/NN Ich napätie na nízonapäťových svorách sa bude eniť v závislosti na zaťažení Prílad bude zahŕňať riešenie Blondelových onštánt pre zvolenú náhradnú schéu KĽÚČOVÉ SLOVÁ: Distribučný transforátor; Náhradné schéy; Blondelove onštanty; Eletricý výon,

8 ABSTRACT This thesis is devoted to topic of distribution transforers In the first part of text there are entioned theoretical nowledge which prepare baseent for solving odel situation in electric networ The industrial par is plugged by three transforers and we are interested in change of voltage at LV terinals of transforers according its load Solving of exaple will include counting Blondel s constancies of chosen substitute circuit KEY WORDS: Distribution transforer; Substitute circuit; Blondel s constancies; Electric power

9 OBSAH ZOZNAM OBRÁZKOV 0 ZOZNAM TABLIEK ÚVOD CHARAKTERISTIKA SÚČASNÉHO STAV RIEŠENEJ PROBLEMATIKY 3 3 CIELE PRÁCE 4 4 METÓDY A POSTPY RIEŠENIA 5 5 TEÓRIA TRANSFORMÁTOROV 6 5 PRINCÍP ČINNOSTI TRANSFORMÁTOROV 6 5 TROJFÁZOVÝ TRANSFORMÁTOR 8 5 ZAPOJENIE VINTÍ HODINOVÝ HOL 8 5 PARALELNÁ SPOLPRÁCA PODMIENKY PARALELNEJ SPOLPRÁCE 0 53 NÁHRADNÁ SCHÉMA TRANSFORMÁTORA A PREPOČET 53 PREPOČÍTANIE PARAMETROV TRANSFORMÁTORA 54 SPRÁVANIE TRANSFORMÁTORA PRI ROZLIČNOM ZAŤAŽENÍ, FÁZOROVÉ DIAGRAMY 3 54 TRANSFORMÁTOR PRI PREVÁDZKOVOM ZAŤAŽENÍ 3 54 TRANSFORMÁTOR NAPRÁZDNO TRANSFORMÁTOR NAKRÁTKO 6 55 KÁŽKOVÝ VÝPOČET PARAMETROV NÁHRADNEJ SCHÉMY 3F TRANSFORMÁTORA 8 ZADANIE 8 NÁHRADNÁ SCHÉMA 8 VÝPOČET PARAMETROV PRIEČNEJ VETVY 9 VÝPOČET PARAMETROV POZDĹŽNEJ VETVY 9 56 NÁHRADA DVOJBRANOM Γ 3 57 STRATY A ÚČINNOSŤ 3 58 KONŠTRKČNÉ VYHOTOVENIE 35 6 VÝPOČET ZMENY NAPÄTIA NA NN SVORKÁCH DISTRIBČNÉHO TRANSFORMÁTORA VN/NN PRI ZMENE JEHO ZAŤAŽENIA 36 6 ZADANIE 36 6 SCHÉMA ZODPOVEDAJÚCA ZADANI, POSTP RIEŠENIA ÚLOHY RIEŠENIE ZHRNTIE VÝSLEDKOV 48 7 ZÁVER 49 POŽITÁ LITERATRA 50 PRÍLOHA A : PARAMETRE VYBRANÝCH TYPOV TRANSFORMÁTOROV 5

10 0 ZOZNAM OBRÁZKOV Obr - Prevedenie trafostanice Obr 5- Model ideálneho transforátora 6 Obr 5- Trojfázový jadrový transforátor 8 Obr 5-3 Zapojenie vinutia Yd transforátora a fázorový diagra napätí 9 Obr 5-4 Náhradná schéa transforátora Obr 5-5 Fázorový diagra transforátora zaťaženého apacitnou záťažou cos φ 0,30 4 Obr 5-6 Fázorový diagra transforátora zaťaženého ohicý odporo 5 Obr 5-7 Fázorový diagra transforátora zaťaženého záťažou cos φ 0,60ind 5 Obr 5-8 Náhradná schéa pre prílad 8 Obr 5-9 Náhrada dvojbrano Γ 3 Obr 5-0 Schéa zapojenia pre eranie stavu a)naprázdno, b) naráto 33 Obr 5- Aorfný transforátor 35 Obr 6- Schéa riešenej úlohy 37 Obr 6- Náhrada dvojbrano Γ 37 Obr 6-3 Náhrada dvojbrano jedný pozdĺžny paraetro 38 Obr 6-4 Náhrada schéy nesúerný T - článo 39 Obr 6-5 Graf závislosti odulu seundárneho napätia na zaťažení 46 Obr 6-5 Graf závislosti fázy seundárneho napätia na zaťažení 46

11 ZOZNAM TABLIEK Tab 5- Prepočítavacie oeficienty edzi noinálnyi a fázovýi hodnotai 0 Tab 6- Vývoj napätia na nn svorách distribučného transforátora v závislosti na zaťažení (O 00%) pri cos φ 0,95 45 Tab 6- Vývoj napätia na nn svorách distribučného transforátora v závislosti na zaťažení (0%) pri cos φ 0,95 46 Tab 6-3 Vývoj napätia na nn svorách distribučného transforátora v závislosti na zaťažení (O 00%) pri cos φ,00 47 Tab 6-4 Vývoj napätia na nn svorách distribučného transforátora v závislosti na zaťažení (O 00%) pri cos φ,00 47

12 ÚVOD Poje transforátor v sebe urýva obrovsé nožstvo inforácií Tie sú zaznaenané vo vysoo počte literárnych zdrojov Obyčajne sa v nich pojednáva o teórii transforátorov a vôli vysoej iere zapovania probleatiy sa autori poddávajú veľi podrobnej analýze Tá obyčajne úzo súvisí s edziodvetvovýi interaciai (eletrotechnia strojárstvo chéia - ) Taáto činnosť je právo v plnej iere podporovaná, pretože len presné a podrobné následnosti dejov: analýza syntéza zabezpečujú očaávané zlepšenie fungovania transforátorov a tý pádo sú pre rozvodné závody predostierané hospodárnejšie stroje, s torýi sú schopní dosahovať vyššiu efetivitu prenosu eletricej energie To je výsledo, ale v pozadí je urytá vedecá publiačná činnosť Ao negatívu sa vynára, že potenciálni záujecovia (študenti) o probleatiu distribučných transforátorov ajú ožnosť študovať len túto rozsiahlu literatúru pojednávajúcu všeobecne o transforátoroch A to nie je ideálne Preto á byť tento text oplex ucelených poznatov, toré sa budú orientovať na teóriu transforátorov Rozsah a obsah tejto publiácie sa snaží byť prispôsobený pre absolventov vysoých šôl Posytuje i dobrý prehľad na poli všeobecnej teórie, torej použiteľnosť je deonštrovaná na odelovo prílade napájania prieyslového závodu A prehľad je v súčasnosti rozhodujúci pre schopnosť uplatnenia sa na pracovno trhu Je to prvoradý fator, torý jedincovi uožňuje špecializovať sa Obr 0- Prevedenie trafostanice /04 ( [] )

13 3 CHARAKTERISTIKA SÚČASNÉHO STAV RIEŠENEJ PROBLEMATIKY Distribučné transforátory patria edzi záladné eleenty eletrizačnej sústavy už od saotného vzniania prenosových sietí transforátor zhotovili v rou 885 traja inžinieri závodov Ganz: Zipernowsi, Déri, Bláthy Z toho vyplýva, že na proces vývoja bola v porovnaní s inýi, v súčasnosti rýchlo rastúcii odvetviai, vyhradená dlhá doba Ao je to zvyčajné pre prírodný princíp zachovania rýchlosti rozvoja, transforátory tiež v prvopočiatoch zažili veľé zeny najä z hľadisa zeny použitých izolačných hôt, laov, onštručných prvov, spôsobu chladenia, ochrany proti vzniu nepriaznivých eletricých stavov Ta se sa dostali z výonu transforátorov 7,5VA vyrobených v rou 886 na 000VA pri použití 800V napätia Prito rástla efetivita procesu transforácie, lesali hodnoty stratových čísel ( [], [6] ) Moentálne je v trende zvyšovať ieru inializácie použitého priestoru pre distribučný transforátor V toto sere á vša eletrotechnicá inovátorsá supina pred sebou veľú výzvu Dôvod vysvetlí Pri iniaturizácii na poli eletroniy sa do výroby vniesli nové spôsoby izolácie (všeobecne zabezpečovania oddelených trás vedenia el prúdu) Na toto poli to funguje Je vša potrebné dodať, že transforátor pracuje aj s agneticýi obvodi A zatiaľ nebola objavená agneticá izolačná pása To znaená, že hospodárny chod si vyžaduje určitý obje železného jadra Moentálne sa pri realizácii distribučných transforačných staníc dodáva celý objet spôsobo unbloc Stavebný objet, torý v sebe srýva distribučný transforátor, je rozerovo nadienzovaný práve na použitý typ transforátora A pri taoto pohľade sa dosahuje poznateľné znižovania priestoru určeného pre transforáciu eletricej energie Transforátor á poerne dobré chladenie, toré je podporované valitný odvádzaní tepla z objetu Ore toho je zabezpečená vysoá iera bezpečnosti, eďže stavebné práce sa prevádzajú z nehorľavého ateriálu, buď zo špeciálnej uelej hoty alebo betónu Na tohtoročnej eletrotechnicej výstave Elosys v Trenčíne popredné firy prezentovali transforačné stanice s výono MVA na priestore 5, torý zahrňoval aj časť pre nn rozvody Mohol by so tiež začať hovoriť o to, že taýto spôsobo estetia nášho oolia stúpa a eletrotechnicý rozvoj á dopad aj na forovanie životného prostredia Fato ostáva, že dnešné rozšírené použitie eletricej energie závisí v prvo rade od transforátorov, toré uožnili veľú hospodárnosť pri prenose el energie

14 4 3 CIELE PRÁCE Ciele, toré ajú byť dosiahnuté: Pojednajte o distribučných transforátoroch, ich eletricých paraetroch a o ich náhrade dvojbrano Prieyselný závod á tri transforátory, aždý s enovitý výono S n,6mva a prevodo p /0,4V Závod je napájaný z trojfázového vedenia s enovitý napätí n V so zadanýi paraetrai z rozvodne V, de sa udržuje onštantné napätie 3,V rčte, ao sa bude eniť napätie na svorách nízeho napätia transforátorov pri zenách výonu od chodu naprázdno do enovitého zaťaženia transforátorov Účinní sa predpoladá onštantný a rovná sa 0,95

15 5 4 METÓDY A POSTPY RIEŠENIA Vstupný oento pre súanie nového je reapitulácia poznatov bádateľa Opaovanie v tejto sfére bolo organizované predeto eletricé stroje v druho ročníu baalárseho štúdia na FEKT VT v Brne Tato nahroadený celo údajov sa zveľadil do dvoch serov Technicá literatúra prevyšujúca ráec spoínaného predetu Zdrojo bola nižnica Ústavu výonovej eletroniy Konfrontácia s praxou Konzultácia so zainteresovanýi spoločnosťai na výstave ELOSYS 007, Trenčín Sledovanie inforačných ateriálov o produtoch (web, prospety) vrátane technicých a eonoicých uazovateľov Hľadanie SW podpory pre výpočty transforátorov Nasledovala striedavá činnosť štúdia a zaznaenávania Po zhodnotení dostatu inforačných zdrojov sa zahájila príprava saotnej seestrálnej práce, torá nesôr previtla do baalársej práce

16 Teória transforátorov 6 5 TEÓRIA TRANSFORMÁTOROV Transforátor je netočivý stroj preieňajúci privedené striedavé napätie a prúd na iné zvolené hodnoty Pri transforácii ostáva výon nezenený, a neprihliadnee istej, celo alej spotrebe činného a jalového výonu v saotno transforátore Transforátor je ožné použiť transforácii striedavého eletricého výonu jednofázového i viacfázového ( [], [5], [6], [7] ) 5 Princíp činnosti transforátorov Transforátor je v porovnaní s ostatnýi el stroji onštručne poerne jednoducho vybavený Zálad je tvorený železný jadro (vyhotovení sa bude podrobnejšie zaoberať v stati 55), toré je navinuté priárny a seundárny vinutí ta, ao je naznačené na obr5- Obr 5- Model ideálneho transforátora ( Zdroj: LITERATÚRA[7] ) Obrázo poslúži vysvetleniu záladného princípu činnosti Na svory priárneho vinutia sa pripojí striedavého napätia To spôsobí preteanie prúdu priárny vinutí s N záviti, de sa podľa vzťahu di L (V;-,Vs,s) (5) dt i induuje napätie i Iné vyjadrenie pre i je nasledovné: i dφ N (V;-,Vs,s) (5) dt Pravá strana tohto vzťahu je dôsledo, to znaená, že usí dôjsť zene agneticého tou Cez železné jadro preženie agneticý to Φ, torý je preenlivý Na zenu Φ reaguje seundárna cieva, v torej sa induuje napätie podľa

17 Teória transforátorov 7 i dφ N (V;-,Vs,s) (53) dt a následne preteá cez seundárne vinutie a ipedanciu prúd I Ser prúdu á taý ser, aby svoji účino pôsobil proti zene, torá ho vyvolala Posledná veta je vyjadrení Lencovho záona A je zena, torá vyvolala induciu prúdu zenšovanie agneticého tou v železno jadre, dôsledo bude prúd preteajúci v tao sere, v ao bude podporovať zväčšenie Φ V prípade haronicých priebehov napätí transforátorov ôžee napísať pre efetívne hodnoty induovaných napätí: i,44 Φ f 4 N (V;Vs,Hz,-) (54) i,44 Φ f 4 N (V; Vs,Hz,-) (55) Rovnice (54)a(55) sú dôležité z hľadisa dienzovania Podelení vzťahov (54)a(55) dostávae výsledo i i N N (V,V;-,-;-) (56) de značí prevod transforátora Tento vzťah slovne značí, že veľosť induovaného napätia na danej strane je lineárne závislá na počte závitov tej strany Poer prúdov sa rovná prevrátenej hodnote prevodu Z poeru vyplýva, že: I N (57) I N I N N I (58) čo znaená, že na oboch stranách sú rovnaé prietoy, ao aj to, že pri rovnao zaťažení dostanee pre obidve strany rovnaé váhy vodičov O oľo enej je závitov na strane nižšieho napätie, presne o to väčší prierez je potrebný ( [7] )

18 Teória transforátorov 8 5 Trojfázový transforátor Distribučné transforátory sa vyrábajú v trojfázovo vyhotovení, eďže distribučná sieť je trojfázová Trojfázové transforátory sa dajú predstaviť ao tri jednofázové transforátory Najčastejšie sa vyrábajú jadrové transforátory, torého stĺpy sú v rovine, ao to naznačuje obr5- Obr 5- Trojfázový jadrový transforátor ( Zdroj: LITERATÚRA[7] ) Z taéhoto uiestnenia vyplýva nerovnaá dĺža stredných indučných čiar pre stredný stĺp a pre rajné stĺpy, čoho dôsledo sú rozličné agnetizačné prúdy(agnetizačný prúd predstavuje prúd potrebný na vytvorenie agneticého tou) Nesyetria sa dá odstrániť použití stredného stĺpu s enší prierezo Ao je z obrázu zrejé, na jedno stĺpe sa nachádza priárne a seundárne vinutie jednej fázy Nesú byť uiestnené na rôznych stĺpoch, pretože by sa anulovali agneticé toy Nebola by splnená podiena funčnosti Pre správanie sa taéhoto transforátora v eletrizačnej sústave je nevyhnutné dbať na spôsob zapojenia vinutí To je probleatia nasledujúceho pododdielu 5 Zapojenie vinutí Hodinový uhol Vinutia trojfázových transforátorov ôžu byť zapojené troi rôznyi spôsobi: zapojenie do hviezdy, značenie: λ, Y, zapojenie do trojuholnía, značenie, D, zapojenie do loenej hviezdy, značenie Z V prípade, že vstupné a výstupné vinutia trojfázového transforátora sú spojené rovnaý spôsobo (λ, λ ;, ), sú linové napätia na oboch stranách vo fáze A sú zapojenia rozdielne, edzi linovýi napätiai vstupného a výstupného vinutia je fázový posuv 30 Ďalej je dôležité prihliadať na to, či sú na svorovnicu transforátora pripojené začiaty alebo once vinutia výstupného napätia Fázový posuv edzi rovnao označenýi svorai vstupného a výstupného vinutia sa udáva tzv hodinový uhlo Platí pre hodinový uhol, že hodina 30 Zapojenie vinutí a hodinový uhol je určujúcou vlastnosťou paralelne pracujúcich transforátorov Táto vlastnosť sa vyjadruje sybolo trojznaový sybolo: spojenie vinutia vyššieho napätia veľé písená Y,D,Z, spojenie vinutia nižšieho napätia alé písená y,d,z,

19 Teória transforátorov 9 hodinový uhol v hodinách 0,,, 4, 5, 6,7, 8, 0,, Naprílad Yd značí, že vinutie vyššieho napätia je spojené do hviezdy, vinutie nižšieho napätia je spojené do trojuholnía a fázový rozdiel eraný od fázy vyššieho napätia rovnaej fáze nižšieho napätia je x Toto zapojenie deonštruje nasledujúci obrázo Poznaenáva, že šípy serujú od začiatov u onco vinutí Obr 5-3 Zapojenie vinutia Yd transforátora a fázorový diagra napätí ( Zdroj: LITERATÚRA[7] ) Hodinový uhol dostane, a fázu A cievy vyššieho napätia posunie do polohy na hodinách a zodpovedajúci vetor fázy nn uazuje číslo, toré je totožné s hodinový uhlo Hodinový uhol sa najlepšie určí z vetorového diagrau vzťahovaného na danú schéu zapojenia, v torej si označíe zysly induovaných napätí, príp zysli vinutia cievo A je zysel rovnaý, aj sery šípo sú rovnaé V opačno prípade sú protibežné, posunuté o 6 hodín hol edzi vetori tej istej fázy na vn a nn strane udáva hodinový uhol A by so chcel ráčať opačný sero, tj zo zadaného sybolu definujúceho vinutie (vn, nn a hodinový uhol) zvoliť príslušné zapojenie, postupoval by so tato: platí predstava, že oraj ruhu, torý obolesuje vetorový diagra, prislúcha svorovnici To znaená, že je postačujúce sledovať ser šípy daného vetora napätia Tá časť vetora, de sa ončí šípa, sa uvažuje za oniec vinutia, naopa, za začiato vinutia sa zohľadňuje začiato šípy Pri riešení trojfázových transforátorov bude počítať s jednofázový odelo Pri výpočtoch použije fázové hodnoty napätia a prúdu Musí vša hľadieť na to, že všeobecne je transforátor zadávaný noinálnyi hodnotai A noinálne hodnoty sú združené hodnoty Ta naprílad pri zapojení nietorej strany transforátora do trojuholnía počítae so zadanýi hodnotai, pretože pri toto zapojení sú združené hodnoty súčasne aj fázovýi hodnotai Pre zapojenie do hviezdy usí zadané napätie vydeliť hodnotou 3, aby so pracoval s fázovou hodnotou ( [7] )

20 Teória transforátorov 0 Nasledovná tabuľa zahŕňa prepočtové oeficienty pre všety varianty zapojenia Tab 5- Prepočtové oeficienty edzi noinálnyi a fázovýi hodnotai ( Zdroj: LITERATÚRA[7] 5 Paralelná spolupráca Podieny paralelnej spolupráce Pri potrebe zabezpečenia dodávy eletricej energie z viacerých zdrojov sa realizuje riešenie poocou viacerých transforátorov napájajúcich jedno odberné iesto Stupeň dodávy eletricej energie je jedný z ožných dôvodov potreby paralelnej spolupráce Existuje vša noho iných prípadov, eď je potrebné pripojiť jestvujúceu transforátoru ďalší s vyhovujúcii paraetrai, aby sa uspoojili výonové požiadavy po rozšírení výroby prieyselného závodu Ao so už naznačil v predchádzajúcej stati, existujú podieny pre ožnosť paralelnej spolupráce transforátorov Tie sú nasledovné: «rovnaý hodinový uhol, «rovnaé enovité hodnoty vstupného a výstupného napätia, «rovnaé napätie naráto, aby sa zaťaženie transforátorov rozdelilo úerne ich enovitý výono, «usia byť spojené zodpovedajúcii fázai V prípade nedodržania týchto podieno dochádza rozdielu potenciálov edzi vinutiai transforátorov, eďže priebehy napätí sa neprerývajú Vzniajú vyrovnávacie prúdy O ich závažnosti asi netreba poleizovať, a uvedie, že rozdiel oažitých hodnôt napätia je hnacou silou a odpor vinutia je brzdou Taýto prípado sa usí predchádzať dôladný výbero transforátorov

21 Teória transforátorov 53 Náhradná schéa transforátora a prepočet Transforátor sa z eletricého hľadisa sladá z dvoch častí, a to z priárnej a seundárnej Logia dituje, že sa nedá naresliť náhradná schéa ao jeden celo Existuje vša výnia A tou je rovnaé napätie na svorách priárneho a seundárneho vinutia Aj eď distribučné transforátory neajú túto vlastnosť ( negovala by sa ich hlavná funcia ), dá sa to početne zariadiť Proces sa volá prepočítanie transforátora Napätie na strane, torú prepočítava, sa zení lineárne s hodnotou prevodu, hodnoty prvov náhradnej schéy sa zenia vadraticy s veľosťou Tento aparát bude nesôr hlbšie popísaný Pre transforátor sa apliujú dve náhradné schéy Jedná sa o: «Gaa ( Γ ), «π V tejto práci bude najprv rozanalyzované správanie transforátora pri uvážení náhrady dvojbrano π V stati 56 sa poto zhrnú vzťahy pre článo Γ Náhradná schéa π nasledovná: prepočítaného transforátora na priárnu stranu je Obr 5-4 Náhradná schéa transforátora ( Zdroj: LITERATÚRA[7] ) vedené veličiny značia: R ohicý odpor vstupného vinutia, X σ rozptylová reatancia vstupného vinutia, zahŕňa tú sutočnosť, že celý agneticý to sa neuzatvorí cez železné jadro, v prípade veľého nasýtenia sa časť uzatvorí vzducho, a teda rastie agneticý odpor, X μ agnetizačná reatancia, X σ prepočítaná rozptylová reatancia výstupného vinutia, R prepočítaný ohicý odpor výstupného vinutia, R FE odpor nahradzujúci straty v železe

22 Teória transforátorov 53 Prepočítanie paraetrov transforátora Výber strany, na torú sa bude prepočítavať, je voľný Musia sa vša brať do úvahy nietoré sutočnosti A to: «v prvo rade sa zvolí napätie, u toréu sa prispôsobí druhé napätie váži sa, že strana nn je onštantná, ta sa napätie strany vn podelí hodnotou prevodu a dostanee sa na úroveň napätia strany nn Otázou zostáva, toré prvy náhradnej schéy sa budú prepočítavať, eď sa snaží o prepočet na stranu nn Odpoveď je nasledovná: «paraetre, toré sa zistili pri napätí nn sú sutočné a nepodliehajú prepočtu Naprílad priečna vetva náhradnej schéy sa vypočítava z údajov, toré boli nadobudnuté pri eraní naprázdno Meranie naprázdno sa obyčajne realizuje na strane nn «Paraetre, toré sa zistili pri napätí vn sa usia prepočítať Na zálade erania naráto, toré sa obvyle realizuje na strane vn, zisťuje eparaetre pozdĺžnej vetvy náhradnej schéy Z toho vyplývajúc paraetre pozdĺžnej vetvy na strane vn sú sutočné, na strane nn nesutočné Preto sa usí apliovať prepočet na stranu nn Vhodne sa použije vadrát prevodu, aby se sa dopracovali žiadanéu cieľu Opísaný postup bude v nesoršej fáze predvedený na prílade Ao už bolo spoenuté, pre napätie platí (59) (50) Pre prepočítavania ohicých odporov a reatancií je situácia iná Vychádza sa z toho, že straty pri prepočítano a sutočno odpore usia byť taé isté, aé boli pri sutočno odpore a prúde I R (5) R I Úpravou vzťahu 5 dostávae: I N R R R I N (5) R R R (53) Podobne pre prepočet indutívnych odporov bude platiť vzťah: X σ X σ (54)

23 Teória transforátorov 3 X σ X σ (55) 54 Správanie transforátora pri rozlično zaťažení, fázorové diagray Práve sledovanie zeny eletricých stavov pri rozličnej záťaži je hlavný predeto súania tejto seestrálnej práce Ore lasicého prípadu zaťaženia sa načrtnú aj stavy naráto a naprázdno Meranie týchto stavov ná uožňuje počítať paraetre náhradnej schéy 54 Transforátor pri prevádzovo zaťažení Predpoladáe, že je transforátor zaťažený, tj na svory výstupného vinutia je pripojený určitý odpor Týto vinutí potečie prúd Napätie vstupnej strany á onštantnú hodnotu, rovnú súčtu eletrootoricej sily a úbytu napätia na odpore priárneho vinutia V činnosti naprázdno je agneticý to Φ vyvolaný agnetootoricou silou(apérzáviti) I μ N Pri zaťažení vznine v transforátore dodatočná agnetootoricá sil rovná I N pôsobiaca proti pôvodnéu agneticéu tou Pretože agneticý to á onštantnú veľosť, usí sa v agnetootoricej sile vstupného vinutia objaviť zloža rovná I N,openzujúca v aždo oaihu vplyv apérzávitov seundárnej strany I N Z toho vyplýva, aždéu vzrastu výstupného prúdu usí zodpovedať vzrast priárneho prúdu ta, aby ostala zloža na vytvorenie agneticého tou ( [5] ) Z predchádzajúcich úvah vyplynulo, že vytvoreniu agneticého tou Φ je potrebný agnetizačný prúd I μ Má charater jalového prúdu, pretože je vo fázi s agnetizačný too Φ, torý je onesorený oproti napätiu o uhol π/ So vznio striedavého agneticého tou vo feroagnetico obvode sú spojené straty v železe, torého rytie usí transforátor zabezpečiť prúdo I FE, torý je vo fáze s Výsledo oboch prúdov je súčet fázorov: I 0 I µ + I FE (56) V toto vzťahu je hodnota I FE zanedbateľná, práve preto sa nieedy uvažuje o rovnosti ostatných členov Tatiež je zrejé z predchádzajúcich úvah: I I + I µ (57) Po toto poznatu sa ôže venovať onštrucii fázorových diagraov pre rôzne zaťaženia, toré odhalia, aý spôsobo sa bude vyvíjať napätie na seundárnej strane Pri zhotovovaní fázorového diagrau sa vychádza z fázora napätia K neu sa zostrojí prúd určitej veľosti, fázovo posunutý A sa pričítajú napätiu úbyty napätí: činné a jalové (sú vo fáze, resp olé na I ), dostanee fázor induovaného

24 Teória transforátorov 4 napätia i je induované hlavný too Φ, torý ju (a teda aj I 0 ) predbieha o uhol π/ I 0 alebo po zanedbaní I FE, platí pre I µ vzťah (57) Teraz sa pričítajú induovanéu napätiu úbyty napätí na priárnej strane a dostane napätie Je potrebné poznaenať, že prúdy sú nareslené v spotrebiteľso systée To znaená, že prúd tečie z iesta plusového sybolu do ínusu Preto naprílad fázový posun pri zaťažení čistý ohicý odporo edzi napätí a prúdo na seundárnej strane je 80 A by sa bral do úvahy generátoricý reži, fázový posun by činil 0 Fázorové diagray nietorých typov zaťažení: Obr 5-5 Fázorový diagra transforátora zaťaženého apacitnou záťažou cos φ 0,30 ( Zdroj: LITERATÚRA [7] ) Transforátor napájajúci záťaž apacitného charateru sa správa obdobne ao to uazuje fázorový diagra na obr 5-5 Prúd predbieha napätie na priárnej aj seundárnej strane Tento stav spôsobuje, že úbyty napätí na prvoch náhradnej schéy budú záporné To znaená, že apacitné zaťaženie spôsobuje napäťové zisy Reálny napäťový poer neorešponduje s týto fázorový diagrao, eďže úbyty napätí sú v nepoere s reálnyi Účelo je vša v tejto fáze názornosť

25 Teória transforátorov 5 Obr 5-6 Fázorový diagra transforátora zaťaženého ohicý odporo ( Zdroj: LITERATÚRA[7] ) Pre zaťaženie ohicý odporo je príznačný nulový (resp 80 ) fázový posun edzi napätí a prúdo na svorách seundárneho vinutia Badateľný vstupo do transforátora je určitá iera jalovej energie, torá sa spotrebuje na vytvorenie agneticého poľa a porytie strát rozptylovou reatanciou A tá badateľnosť spočíva v cosφ indutívneho charateru Saozreje je prítoný aj jav polesu seundárneho napätia oproti priárneu Ten poles je spôsobený stratai v pozdĺžnej vetve náhradnej schéy transforátora Obr 5-7 Fázorový diagra transforátora zaťaženého záťažou cos φ 0,60ind ( Zdroj: LITERATÚRA[7] ) Indučný charater záťaže je charateristicý úbyto napätia, torého dôvod je rovnaý ao v predchádzajúco prípade( straty v pozdĺžnej vetve) A obdobne platí: φ > φ Rozdiel je evivalentný s jalovýi stratai 54 Transforátor naprázdno A á transforátor rozpojené seundárne vinutie, neodovzdáva žiadnu energiu, poto sa hovorí o stave naprázdno Jej správanie je v tao prípade rovnaé ao pre lasicú tlivu so železný jadro A sa zoberiee do úvahy ideálny prípad transforátora, torý neá nijaé straty, dostávae jednoduchý obraz o napäťových

26 Teória transforátorov 6 a agneticých poeroch Transforátor berie zo siete len agnetizačný prúd, torý je potrebný na vyvolanie agneticého tou Tento prúd je fázovo zaostávajúci o 90 oproti napätiu A sa vša uváži reálny stav, transforátor naprázdno bude odoberať aj činnú eletricú energiu na porytie činných strát (straty vo vinutí transforátora a straty v železe vírivé prúdy, hysterézne straty) V sutočnosti teda φ < 90 Po zhrnutí, transforátor naprázdno je spotrebiteľo jalovej energie a nepatrnej činnej energie Taýto chod neá svoje opodstatnenie, pretože na openzačné účely sa apliuje tliva Existuje vša jedna nezanedbateľná sutočnosť, vôli torej sa popisuje tento stav Výsledy z erania naprázdno sú vstupnýi údaji pri výpočtoch paraetrov náhradnej schéy, onrétne priečnej vetvy T- článu Meranie sa prevádza obyčajne zo strany nn Merajú sa lasicý zapojení tri veličiny, a to: P 0, I 0, 0 Pri výpočte sa zanedbávajú prvy pozdĺžnej vetvy Postupuje sa nasledovne: cos P 0 ϕ 0 (58) 0 I0 I FE I 0 cosϕ (59) (50) 0 RFE I FE I µ I 0 sin ϕ (5) (5) 0 X µ Iµ Ostáva poznaenať, že všety hodnoty sa vzťahujú na jednu fázu Pri trojfázových transforátoroch, toré ajú eranú stranu zapojenú do hviezdy, naerané údaje budú združené a súčasne nefázové Tento fat treba ošetriť vhodný ponásobení onštantai Algoritus sa predvedie na odelovo prílade pre trojfázový transforátor v nesoršej stati 543 Transforátor naráto Stav naráto sa dosiahne, a sa sratujú svory jedného vinutia transforátora vodičo dostatočného prierezu Taýto stav sa bežne využíva pri zváracích transforátoroch, ale v oblasti distribúcie eletricej energie je pre nás eranie stavu

27 Teória transforátorov 7 naráto druhý piliero pre výpočet paraetrov náhradnej schéy transforátora rčujee poocou nej prvy pozdĺžnej vetvy Meranie naráto sa obyčajne prevádza zo strany vn Zisťujú sa nasledovné tri veličiny: P K, I K, K Vďaa eletricý stavo, u torý dochádza pri stave naráto náhradná schéa ôže bez spôsobenia relevantnej chyby podľahnúť zjednodušeniu To pozostáva z vynechania priečnej vetvy Prvy pozdĺžnej vetvy sa nahradia jedný spoločný prvo a tý je ipedancia Z K A by sa začala rozbaľovať, dostali by se X K a R K, tj celovú hodnotu reatancie a činného odporu na pozdĺžnej vetve Pri určovaní sa postupuje nasledovne: cos P K ϕ K (53) K I K Z K I K (54) K P K R K (55) IK X K Z K RK (56) Keďže prvy považujee za syetricé, bude platiť: R K R R (57) obdobne pre prvy reprezentujúce vplyv rozptylových reatancií: X K X X σ σ (58) Platí to isté ao pri počítaní z erania naprázdno Všety hodnoty sa vzťahujú na jednu fázu Pri trojfázových transforátoroch, toré ajú eranú stranu zapojenú do hviezdy, naerané údaje budú združené a súčasne nefázové Tento fat treba ošetriť vhodný ponásobení onštantai Algoritus sa predvedie na odelovo prílade pre trojfázový transforátor v nasledujúcej apitole

28 Teória transforátorov 8 55 ážový výpočet paraetrov náhradnej schéy 3f transforátora Zadanie Trojfázový transforátor s výono 30VA s enovitýi hodnotai napätí 6000V/400V v zapojení Dy á tieto hodnoty z erania naráto a naprázdno: «Meranie naprázdno realizované zo strany nn: P 0 800W, I 0 5A, 0 400V «Meranie naráto realizované zo strany vn: P K 550W, I K,5A, K 30V Vypočítajte paraetre náhradnej schéy prepočítané na stranu nn Náhradná schéa NN R Xσ Xσ R VN f f Obr 5-8 Náhradná schéa pre prílad ( Zdroj: LITERATÚRA[7] ) Náhradná schéa sa nareslila taý spôsobo, že do ľavej časti je situovaná časť obvodu, na torú sa prepočítava ( nízonapäťová časť ) Poznáa zapojeniu vinutí transforátora a výpočtový dôsledo: «Pre výpočet paraetrov trojfázového transforátora platí, že sa počíta obdobne ao pre jednofázový transforátor, ale výsledo sa násobí onštantou 3 «Pre výpočet výsledov sa používajú fázové hodnoty napätia a prúdu «NN strana je zapojená do hviezdy Zadaná enovitá hodnota napätia je združená, a nie fázová hodnota Preto sa usí deliť enovitá hodnota onštantou 3 Menovitá hodnota prúdu je fázová hodnota

29 Teória transforátorov 9 «VN strana je zapojená do trojuholnía Platí, že enovitá hodnota napätia je fázová hodnota Fázová hodnota prúdu sa rovná podielu enovitej hodnoty prúdu a onštanty 3 Výpočet paraetrov priečnej vetvy Paraetre sa počítajú z výsledov erania naprázdno Výpočet je nasledovný: P 0 f ( 3) 3 3 R R (59) FE FE 400 R FE 88, 88Ω (530) P I R 400 f FE, 59 FE 88,88 3 A (53) I µ I 0 I FE 5,59 4, 77A (53) X µ , 63Ω I 4,77 µ (533) Poznáa: Apliovateľný by bol aj odel výpočtu uázaný v apitole 54 Výpočet paraetrov pozdĺžnej vetvy Ráta sa s tý, že uvedená hodnota prúdu pri eraní naráto je enovitá hodnota Ale ôžee sa o to presvedčiť: S 3 f I f (534) I S , A (535) f 3 f

30 Teória transforátorov 30 Výsledo pouázal na pravdivosť predchádzajúceho výrou, eďže fázová hodnota prúdu je 7,A, ale po prenásobení onštantou 3 dostávae enovitú hodnotu, čo je,5a P (536) K 3 RK I f P K 550 R K 6, 3Ω (537) I 7, f K 30 Z K 4, 95Ω (537) I 7, f X Z R 4,95 6,3 39, 73Ω (538) K K K Teraz je nutný prepočet, pretože se počítali z údajov zísaných pri eraní naráto zo strany VN R K R K 6,3 0, 04Ω (539) RK 0,04 R R 0, 0Ω (540) X K X K 39,73 0, 059Ω (54) X K 0,059 Xσ Xσ 0, 095Ω (54)

31 Teória transforátorov 3 56 Náhrada dvojbrano Γ Literatúra [4] uvádza nasledovné Náhradná schéa je nasledovná: I Z t I Y t Obr 5-9 Náhrada dvojbrano Γ Článo á v pozdĺžno sere ipedanciu Zt, torá reprezentuje rozptylové toy vinutí a rezistancie V priečno sere sa berie do úvahy aditancia Yt, torá odeluje agnetizačný prúd S ohľado na to, že ipedancie v priečno a pozdĺžno sere sú značne rozdielne (Zt >> /Yt), je ipedancia Zt približne rovnaá ao ipedancia pri chode naráto pri enovito prúde /Yt sa približne rovná ipedancii naprázdno pri enovito napätí Tieto hodnoty sa dajú určiť zo štítových údajov ( ide o obdobu predvedeného pre článo π): S n enovitý výon e poerná hodnota napätia naráto vzťažená enovitéu napätiu 3ΔP Fe straty výonu v železe (výon naprázdno) 4 ΔP Cu straty výonu vo vinutí (výon naráto) 5 i 0 poerná hodnota prúdu naprázdno vzťažená enovitéu prúdu 6 n, n enovité hodnoty priárneho a seundárneho napätia Reálna zloža pozdĺžnej ipedancie predstavuje rezistanciu oboch vinutí R t : 3 3 Sn P Cu Rt In Rt 3 (543) n R t P n (544) Cu Sn

32 Teória transforátorov 3 Iaginárna zloža pozdĺžnej ipedancie predstavuje rozptylovú reatanciu oboch vinutí Platí pre ňu vzťah: n PCu t e Sn Sn X (545) Reálna zloža priečnej aditancie G t zahŕňa straty v agnetico obvode vírivýi prúdi a agneticou hysteréziou pri enovito napätí a frevencii 50 Hz P Fe 3 Gt n (546) Gt P (547) Iaginárna zloža priečnej aditancie B t zahŕňa jalový výon potrebný agnetizácii pri enovito napätí: Fe n B t ( S i ) PFe (548) n 0 n Za napätie n dosadzujee priárne alebo seundárnu enovitú hodnotu podľa toho, na torú z týchto napäťových úrovní hodlá prepočítavať 57 Straty a účinnosť V súčasnosti je otáza udržiavania stavu životného prostredia viac než atuálnou otázou Spoínané je najä globálne otepľovanie Sleníový efet je spôsobovaný enorný zvyšovaní obsahu oxidu uhličitého v atosfére K značnej producii CO dochádza aj pri výrobe eletricej energie Z toho vyplývajúc úspora eletricej energie znaená aj zníženie producie CO Veľé straty vzniajú aj pri procese distribúcie eletricej energie a týto stratá prispievajú aj transforátory Len v Európe sa odhadujú straty eletricej energie transforátorov na 50TWh za ro Pre názornosť tohto čísla, ročná spotreba eletricej energie sa na Slovensu pohybuje oolo hodnoty 5TWh Preto je dôležité definovať transforátor z hľadisa stratovosti a podporovať zlepšovanie Straty transforátora sa rozdeľujú na []: «Straty naprázdno vzniajúce v ateriáli agneticého jadra Do tejto supiny patria hysterézne straty (úerné frevencii) a straty vírivýi prúdi (úerné vadrátu frevencie) Tvoria hlavný podiel na stratách transforátora, preto technológia výrobného procesu rešpetuje ateriály a ich uloženie prispievajúce znižovaniu strát naprázdno Tieto straty sú činného charateru, preto sa v náhradnej schée nahradzujú prvo R FE «Straty naráto alebo Joulove straty pri prechode prúdu vinutiai Tatiež znaenajú straty činného výonu

33 Teória transforátorov 33 «Dodatočné straty sú hlavne straty vírivýi prúdi vo vinutí a v onštručných častiach blízo vinutia So stúpajúcou teplotou lesajú Sú to straty spôsobené rozptylovýi toi a ajú jalový charater Účino dodatočných strát je o to väčší, čí sú železné časti bližšie jadru a vinutiu transforátora Závisia od výonu transforátora Tieto straty tvoria asi % zo strát naráto, pri enších transforátoroch sa tento paraeter ôže vyšplhať na hodnotu 0 30% zo strát naráto Na presné určovanie tejto hodnoty sa používajú tabuľy «Straty v dieletriu Dieletricýi stratai nazývae tú časť energie, torá sa rozptýli v dieletriu pri pôsobení eletricého poľa a zapríčiňuje jej zohriatie Do úvahy prichádzajú najä pri vysoonapäťových transforátoroch, de sú eletricé polia s vysoý gradiento Tieto straty sú v porovnaní s ostatnýi nepatrné a zanedbávae ich Meranie celových strát prebieha nasledovný spôsobo [7] Použije sa eracie zapojenie naznačené v ďalšo obrázu Obr 5-0 Schéa zapojenia pre eranie stavu a)naprázdno, b) naráto ( Zdroj: LITERATÚRA[7]) Celové straty určíe z erania naprázdno a naráto Celové straty sú zložené z týchto dielčch : P P0 + P K + P d (543) de ΔP 0 straty naprázdno pri enovito napätí, ΔP K straty naráto pri enovito prúde, ΔP 0 dodatočné straty Postup pri eraní je taý, že si v prvej fáze sa erajú odpory vinutí R, R Z erania naprázdno sa vyvodzuje hodnota strát v železe podľa vzťahu: P FE P 0 P 0 (544) de P 0 príon transforátora naprázdno, ΔP 0 Joulove straty pri stave naprázdno, rovnajú sa P (545) 0 3 R0 I0

34 Teória transforátorov 34 Z erania stavu naráto sa odvodzujú straty vo vinutí a dodatočné straty Straty naráto Δ P K straty sa rovnajú súčtu Joulových strát Δ P JK a dodatočných strát Δ P d Joulove straty ajú nasledovný vzťah pre výpočet: ( R ) ( ) + R I + 3 R R P JK 3 R + I (546) I + 3 R I 3 Straty s teplotou stúpajú, preto a chcee oderať reálny prevádzový stav, usí použiť prepočítanie poocou onštanty Mateaticá operácia pre prepočet strát, toré prislúchajú teplote napr 70 C, je nasledovná: PJ 70 PJt (547) 35 + t de ΔP J70 Joulove straty pre 70 C, ΔP Jt Joulove straty pre teplotu oolia, t teplota oolia Dodatočné straty sú P P P (548) d K JK Sutočnosť, že so stúpajúcou teplotou dodatočné straty lesajú, je ošetrená nasledovný vzťaho: 35 + t Pd 70 PJt (549) Poznaenáva, že teplota 70 C slúži iba pre názornosť, reprezentuje teplotu t Celové straty transforátora: P P + P + P (550) FE Jt dt Pre dosahovanie porovnateľnosti iných druhov transforátorov sa zavádza poje účinnosť Účinnosť transforátorov je najväčšia spoedzi všetých eletricých strojov Účinnosť je definovaná ao poer výonu, torý je daný vzťaho I cosϕ príonu I cosϕ (súčet výonu a strát), de je počet fáz a hodnoty prúdu a napätia sú fázové veličiny Účinnosť pre enovitý prúd I n je vyjadrená vzťaho: (%) I cosϕ 00 n η t (55) I ncosϕ + PFE + PJt + Pdt Účinnosť transforátorov v súčasnosti onverguje hodnote 98% vedené eracie postupy a vzťahy sa čerpajú z literatúry [7]

35 Teória transforátorov Konštručné vyhotovenie Transforátory sa vyrábajú v nieoľých vyhotoveniach Význané z historicého hľadisa sú najä olejové transforátory, nedávno prišli na trh suché transforátora, toré sú zaliate v epoxide Novinou sú aorfné transforátory, toré refletujú požiadavu znižovania strát «Olejové transforátory sú vyrábané hereticy uzavreté distribučné transforátory vo vlnových nádobách a výonové transforátory v radiátorových nádobách Chladiaci édio je inerálny olej, siliónový olej alebo eologicé dieletriu na báze esterov- MIDEL 73 Magneticé obvody sú vyrábané z orientovaného plechu, sladané spôsobo step-lap «Suché transforátory Klasicé suché transforátory a suché transforátory s liatou izoláciou, toré spoločnosť vyrába už od rou 969, sú eologicy aceptovateľné - neohrozujú životné prostredie, ajú bezpečnú prevádzu, iniálnu údržbu a praticy neobedzené ožnosti inštalácie na ieste spotreby eletricej energie Suché transforátory sú určené iba do vnútorného prostredia, suché transforátory s liatou izoláciu sa vyrábajú aj vo vyhotovení pre ontáž do vonajšieho prostredia «Aorfné transforátory Aorfné transforátory ajú agneticý obvod z aorfného ovu Voči štandardný transforátoro ajú radiálne znížené straty naprázdno o 75% až 80 % Obr 5- Aorfný transforátor ( Zdroj: LITERATÚRA[])

36 Výpočet zeny napätia na nn svorách v závislosti na zaťažení 36 6 VÝPOČET ZMENY NAPÄTIA NA NN SVORKÁCH DISTRIBČNÉHO TRANSFORMÁTORA VN/NN PRI ZMENE JEHO ZAŤAŽENIA 6 Zadanie Prieyselný závod á tri transforátory, aždý s enovitý výono S n,6mva a prevodo p /0,4V Závod je napájaný z trojfázového vedenia s enovitý napätí n V so zadanýi paraetrai z rozvodne V, de sa udržuje onštantné napätie 3,V rčte, ao sa bude eniť napätie na svorách nízeho napätia transforátorov pri zenách výonu od chodu naprázdno do enovitého zaťaženia transforátorov Účinní sa predpoladá onštantný a rovná sa 0,95 Paraetre transforátoru: «S n 600 VA, «n 000V, «n 400V, «D/yn, «u % 6, «i 0% 0,7, «Δ P Fe 40W, «Δ P cu 6000W Odbočy transforátorov sa ôžu nastaviť na hodnoty n x ( 0,95,00,05 ) To znaená: (0,9V V 3,V) Paraetre vedenia: «R 0,39 Ω/, «X 0,36 Ω/, «l 8, «n 000V

37 Výpočet zeny napätia na nn svorách transforátora v závislosti na zaťažení 37 6 Schéa zodpovedajúca zadaniu, postup riešenia úlohy T Vedenie T T3 Obr 6- Schéa riešenej úlohy 63 Riešenie Náhrada transforátora: Náhradná schéa je nasledovná: I Z t I Y t Obr 6- Náhrada dvojbrano Γ us transforátoru á nasledovné paraetre: Reálna zloža pozdĺžnej ipedancie predstavuje rezistanciu oboch vinutí R t : R t P n , 05Ω Cu Sn (6) Iaginárna zloža pozdĺžnej ipedancie predstavuje rozptylovú reatanciu oboch vinutí Platí pre ňu vzťah: n PCu t e Sn Sn X 0,06 7, 89Ω (6)

38 Výpočet zeny napätia na nn svorách transforátora v závislosti na zaťažení 38 Reálna zloža priečnej aditancie G t zahŕňa straty v agnetico obvode vírivýi prúdi a agneticou hysteréziou pri enovito napätí a frevencii 50 Hz G t P 40 4, S (63) 000 Fe n Iaginárna zloža priečnej aditancie B t zahŕňa jalový výon potrebný agnetizácii pri enovito napätí: B t ( S i ) P ( ,007) 40,6 5 S n 0 n Fe 0 (64) 000 Tri transforátory ajú nasledovné paraetre prvov náhradného článu Γ: Z t Z t ( 3,05 + j7,89) (, j5,9633) Ω (65) ( 4,97 j,6 )0 (,49 6,78) Ω Yt 3 Y t 3 j 0 (66) Náhrada vedenia: Náhradná schéa je nasledovná: Z V Obr 6-3 Náhrada dvojbrano jedný pozdĺžny paraetro Vedenie á nasledovnú pozdĺžnu ipedanciu: ZV l( R + jx ) 8(0,39 + j0,36) (5,74 + j6,48) Ω (67) Nesúerný T článo, torý odeluje celú situáciu (spojenie vedenia a transforátorov) á nasledovnú podobu:

39 Výpočet zeny napätia na nn svorách transforátora v závislosti na zaťažení 39 Z (5,74 + j6,48) Ω Z (, j5,963) Ω Z a Z V b TR P Y (,49 j6,78)0 S 5 q Y TR Obr 6-4 Náhrada schéy nesúerný T-článo Z tohto T článu vypočíta Blondelove onštanty: A + Z a Y q 5 + (5,74 + j 6,48)(,49 j6,78)0 (68) o (, j0,00097), ,067 B Z a + Z b + Z a Z b Y q (5,74 + j6,48) + (, j5,963) + 5 (5,74 + j6,48)(, j5,963)(,49 j6,78)0 o (6,75 + j,448) Ω 4,59 + 6,5 Ω (69) 5 C Y q (,49 j6,78)0 S (60) + (, (, D + Z b Y q j5,963)(,49 j6,78)0 5 j0,000005), ,007 o (6)

40 Výpočet zeny napätia na nn svorách transforátora v závislosti na zaťažení 40 Pri riešení úlohy sa vychádza z nasledovného vzťahu ( Literatúra[4] 45 ): S A + B (6) Po úprave vzniá tvar: S A B B V predchádzajúco vzťahu sa uvážilo: (63) (64) Pre jednotlivé prvy platí: o 0 (65) ϑ (66) A A α (67) B B β (68) Riešení rovnice (63) dostávae po dosadení (65, 66, 67, 68): A S P jq ( ϑ + β ) ( α β ) (69) B B Pri zadano P, Q sú hľadanýi veličinai, υ Rozpis vzťahu (69) sa prevedie poocou forálnych sratie: B (60) A cos( α β ) (6) B A sin( α ) (6) B 3 β

41 Výpočet zeny napätia na nn svorách transforátora v závislosti na zaťažení 4 Teraz sa budú apliovať zienené forálne sraty a verzorový tvar výonu prevediee na tvar: ) ( ) ( β α β ϑ + B A B jq P S ( ) [ ] ( ) [ ] β ϑ β ϑ sin cos B j B + ) sin( ) cos( β α β α B A j B A [ ] ( ) [ ] 3 sin ) cos( j β ϑ β ϑ (63) Platí teda: ) cos( P + β ϑ (64) ( ) 3 sin Q + + β ϑ (65) Z rovníc (64),(65) sa vyjadria gonioetricé členy: P ) cos( + + β ϑ (66) Q ) sin( 3 + β ϑ (67) Pre gonioetricé funcie platí: ) ( sin ) ( cos β ϑ β ϑ (68) Dosadení (66) a (67) do vzťahu (68) vznine: Q P (69) Postupný upravovaní (69) sa vytvorí vzťah (630): Q Q P P Q Q P P

42 Výpočet zeny napätia na nn svorách transforátora v závislosti na zaťažení 4 ( + ) + ( P Q ) + ( P + Q ) 0 4 (630) 3 3 Táto rovnica je bivadraticou pre Vyrieši sa substitučnou etódou pri uvážení: x V nasledujúcej časti bude pouázaný prílad výpočtu onštanty a následne seundárneho napätia pre enovitú hodnotu zaťaženia Zo zadania alebo z predchádzajúcich výpočtov sú znáe tieto hodnoty: «Sn 4800VA, «cos φ 0,95, o «ϑ V, «A A α, , 0676, o «B B β 4,59 6,5 Ω, vedené hodnoty sa dosadia do vzťahov 60 až 6: (63) B 4,59 A, cos( α β ) cos( 0,0676 6,5) (63) B 4,59 A, sin( α β ) sin( 0,0676 6,5) (633) B 4,59 Výpočet činného a jalového výonu: 6 6 P S cosϕ 4,80 0,95 4,560 W (634) Q 6 o 6 S sin(cos ϕ ) 4,80 sin8,948,49880 VAr (635) Teraz sa vyčíslia jednotlivé členy bivadraticej rovnice Bivadraticý člen: Kvadraticý člen: ( ),48 0 (636) P Q -, ( ) (637)

43 Výpočet zeny napätia na nn svorách transforátora v závislosti na zaťažení 43 Absolútny člen: 3 P + Q ,304 0 (638) Bivadraticá rovnica á teda nasledovný tvar: ,480,570 +, (639) Pri jej riešení sa použije substitučná etóda, edy bude platiť: x (640) Dosadení vzťahu (640) do (639) vznine vadraticá rovnica, torej riešenie spočíva na výpočte disriinantu D x E xf + G 0 (64) x,480 x,570 +, (64) D F 4 E G (-,570 ) 4,480,3040,0760 (643) 5 30 F + D (-,570 ) +,0760 x 0, (644) 5 E, F D (-,570 ),0760 x 0,00465 (645) 5 E,480 Využití vzťahu (640) sa zísajú hodnoty onštánt: x 0, , (646) x 0, ,49 (647) Z týchto onštánt nedáva zysel, preto sa v ďalšej fáze nevyužije Využití vzťahu (66) zísae hodnotu odulu napätia na onci dvojbranu 0, V (648) Fáza seundárneho napätia sa určí zo vzťahu (67) ϑ sin sin Q 3 β ( )0, o 6,5-5, , (649)

44 Výpočet zeny napätia na nn svorách transforátora v závislosti na zaťažení 44 Napätie na onci dvojbranu uvažovaného s poernýi veličinai pri n 3,V je 0,575V Úloha vša vyžaduje zistiť napätie na NN svorách transforátora Preto je nutné napätie previezť zo strany VN na stranu NN Transforátor á odbočy (0,95,05) x n Z toho plynie 0,9V - V 3,V Do úvahy prichádzajú odbočy V 3,V Dôvod bude zrejý z nasledovných výpočtov Pri chode naprázdno by sa na nízonapäťovej strane objavilo 440V združeného napätia a) Nastavenie odbočy pre 3,V Napätie prevedené na NN bude: (V) (650) b) Nastavenie odbočy na V Napätie prevedené na NN bude: (V) (65) Aby se vedeli rozhodnúť, na torú odboču á byť nastavené vinutie, usíe zistiť napätie P na svorách priárneho vinutia transforátora Podľa obr 6-4 je potrebné napätiu pripočítať úbyto na pozdĺžnej ipedancii transforátora Z b (R b + jx b ) Použije sa tou nasledovná rovnica, de sa uváži len pozdĺžna zloža úbytu napätia K tou nás oprávňuje zistenie, že fázový posun pre celý prenos je taer nulový, taže priečna zloža úbytu napätia neá praticý vplyv na veľosť napätia P R P + X Q TR TR + (V) (65) Výpočet pre enovitú hodnotu zaťaženia je nasledovný: Pre odboču 3,V po dosadení do (650): 400 0, ,8V (653) Pre odboču V po dosadení do (65): 400 0, ,09V (654)

45 Výpočet zeny napätia na nn svorách transforátora v závislosti na zaťažení 45 Napätie P na svorách priárneho vinutia transforátora po dosadení do (65): P R + TR P + X TR Q 6,00834, ,9633, V Výsledy pre ostatné hodnoty zaťažení vystihuje tabuľa 6- (655) Tab 6- Vývoj napätia na nn svorách distribučného transforátora v závislosti na zaťažení (O 00%) pri cos φ 0,95 S P P θ ( VA ) ( W ) ( V ) ( V ) ( - ) ( V ) ( V ) ( ) , ,87 0, ,79 49,78 0, ,94 930,4 0, ,03 45,84-0, ,89 767,45 0, ,7 4,78 -, ,5 599,43 0, ,9 407,60 -, ,57 45,7 0, ,0 403,30 -, ,6 45,84 0, ,87 398,86 -, ,69 059,9 0, ,49 394,7-3, , 865,50 0, ,96 389,5-3, ,68 663,74 0, ,6 384,58-4, ,37 453,4 0, ,37 379,44-4, ,0 33,03 0, ,8 374,09-5,65 Z tejto tabuľy je vidieť, že pri nastavovaní odbočy na 3,V lesá združené napätie na svorách seundárneho vinutia distribučného transforátora v intervale < 399,79 ; 356,8> (V) Fázové seundárne napätie lesá v intervale f < 30,8 ; 05,70> (V) Pri nastavovaní odbočy na V lesá združené napätie na svorách seundárneho vinutia distribučného transforátora v intervale < 49,78 ; 374,09> (V) Fázové seundárne napätie lesá v intervale f < 4,36 ; 5,98> (V) vedené hodnoty platia pre cos φ 0,95ind a 3,V

46 Výpočet zeny napätia na nn svorách transforátora v závislosti na zaťažení 46 Pre tabuľu 6- prislúcha nasledovný graf:, (V) c S (VA) Obr 6-5 Graf závislosti odulu seundárneho napätia na zaťažení θ ( ) S (VA) Obr 6-6 Graf závislosti fázy seundárneho napätia na zaťažení Pre orientáciu slúži nasledovná tabuľa pre 0% enovitého výonu: Tab 6- Vývoj napätia na nn svorách distribučného transforátora v závislosti na zaťažení (0%) pri cos φ 0,95 S P P θ ( VA ) ( W ) ( V ) ( V ) ( - ) ( V ) ( V ) ( ) , 00,94 0,877 35,0 368,5-6,7

47 Výpočet zeny napätia na nn svorách transforátora v závislosti na zaťažení 47 Z tabuľy 6- je tiež zrejé, že napätie P lesá z hodnoty 3087,87 (V) pri chode naprázdno na hodnotu 33,03 (V) pri enovito zaťažení Odboča sa nastaví podľa zisteného priebehu zaťaženia Podstatne väčšie úbyty napätia vzniajú na vedení Ao je zrejé z bilancie pre chod s enovitý zaťažení ( 3,V, P,3303V, 0575V ), je úbyto napätia na časti dvojbranu, torý reprezentuje transforátor: P 658,0V Prito úbyto napätia na vedení je P 866,97V Veľosť týchto úbytov by bolo ožné zlepšiť naprílad úpravou účinníu na hodnotu cos φ,00 Tu sa vša objavuje nutnosť presnej openzácie, eďže jalová dodáva je penalizovaná distribučnýi spoločnosťai Pre cos φ,00 platí nasledovná tabuľa: Tab 6-3 Vývoj napätia na nn svorách distribučného transforátora v závislosti na zaťažení (0-00%) pri cos φ,00 S P P θ ( VA ) ( W ) ( V ) ( V ) ( - ) ( V ) ( V ) ( ) , ,873 0, ,79 49,78 0, ,8 966,369 0, ,3 47,9-0, ,6 94,485 0, ,05 45,86 -, , 786,3 0, ,46 43,3 -, ,04 65,83 0, ,77 40,3 -, ,3 54,309 0, ,99 407,39-3, ,73 370,306 0, ,0 404,36-4, ,88 0,404 0, , 40, -4, ,34 064,4 0, ,00 397,95-5, ,63 90,35 0, ,77 394,56-6, ,9 73,36 0, ,40 39,0-6,93 Pre 0% enovitého výonu: Tab 6-4 Vývoj napätia na nn svorách distribučného transforátora v závislosti na zaťažení (0%) pri cos φ,00 S P P θ ( VA ) ( W ) ( V ) ( V ) ( - ) ( V ) ( V ) ( ) ,59 449,733 0, , ,49-7,696

48 Výpočet zeny napätia na nn svorách transforátora v závislosti na zaťažení Zhrnutie výsledov Prílad pouázal na zenu seundárneho napätia na svorách distribučného transforátora vplyvo zeny záťaže Pri nastavovaní odbočy na 3,V lesá združené napätie na svorách seundárneho vinutia distribučného transforátora vplyvo zvyšovania zaťaženia v intervale < 399,79 ; 356,8> (V) Fázové seundárne napätie lesá v intervale f < 30,8 ; 05,70> (V) Pri nastavovaní odbočy na V lesá združené napätie na svorách seundárneho vinutia distribučného transforátora vplyvo zvyšovania zaťaženia v intervale < 49,78 ; 374,09> (V) Fázové seundárne napätie lesá v intervale f < 4,36 ; 5,98> (V) vedené hodnoty platia pre cos φ 0,95ind a 3,V Odboča sa nastaví podľa zisteného priebehu zaťaženia Podstatne väčšie úbyty napätia vzniajú na vedení Ao je zrejé z bilancie pre chod s enovitý zaťažení ( 3,V, P,3303V, 0575V ), je úbyto napätia na časti dvojbranu, torý reprezentuje transforátor: P 658,0V Prito úbyto napätia na vedení je P 866,97V

49 49 7 ZÁVER Transforátor je neoddeliteľnou súčasťou eletrizačnej sústavy Pre dosahovanie nízych strát vo vedení sú vhodné vysoé enovité hodnoty napätí Pri onštantno výone dosiahne prúd enšiu hodnotu a stratovosť je nižšia Lenže pre aloodber sa požaduje níze napätie To je dôvod potreby transforácie Distribučné transforátory sú hnané poroo v sere znižovania strát Hlavné sú straty naprázdno a naráto Zisťujú sa eraní, výpočtai Prito sa jednotlivé prvy spôsobujúce straty nahradzujú ideálnyi eletricýi prvai, toré sú systeaticy zhroaždené do náhradnej schéy ta, aby reprezentovali chod transforátora Teoreticé pojednanie o transforátoroch pripravilo pôdu pre výpočet zadanej úlohy, torá bude predeto riešenia baalársej práce Hlavná ontúra teoreticých údajov sa nesie v duchu náhrady transforátora dvojbrano Γ / π Je to dôležitý ro, torý dovoľuje riešiť transforátor ao jeden obvod Spoenutý proces vša á svoje úsalia, toré sa srývajú za pojo prepočet transforátora Výsledy príladu pouázali na poles napätia na nízonapäťovej strane distribučného transforátoru, torých príčinou je nárast zaťaženia Koridor hodnôt sa dá posúvať poocou odbočie transforátora Nastavená odboča by ala orešpondovať so zaťažení, na čo pouazuje Obr 6-5

50 50 POŽITÁ LITERATRA [] Bašta, J, Chláde, J, Mayer, I Teorie eletricých stroju SNTL/ALFA, Praha, 968, 584 strán, DT 633 [] BEZ AS, [ON LINE] ( 7007 ) wwwbezs [3] BLAŽEK, V, Distribuce eletricé energiescriptu VT, Brno, 007 [4] BLAŽEK, V, PAAR, M, Přenosové sítě Scriptu VT, Brno, 007 [5] JAROŠEK, J, PLENCNER, R Transforátory Slovensé vydavateľstvo technicej literatúry, Bratislava, 96, 404 strán [6] JEZIERSKI, E, Transforátory Teoreticé zálady Acadeia, Praha, 973, 65 strán [7] ONDRůŠEK, Č, Eletricé strojescriptu VT, Brno, 006 [8] SKÁLA, M, Transforátory SNTL, Praha, 964, 356 strán, DT634

51 5 Príloha A : Paraetre vybraných typov transforátorov ( Zdroj: Literatúra [ ] ) Menovitý výon Sn Napätie n Spojenie vinutia Napätie naráto Straty Váha oleja Celová váha (VA) (V) u(%) ΔP 0 (W) ΔP (W) (g) (g) 50 /0,4 Yzn /0,5 Yzn /0,6 Yzn /0,7 Dyn /0,8 Dyn /0,9 Dyn /0,0 Dyn /0, Dyn /0, Dyn /0,3 Dyn

52 VYSOKÉ ČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKLTA ELEKTROTECHNIKY A KOMNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV ELEKTROENERGETIKY BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Zěna napětí na nn svorách distribučního transforátoru vn/nn při zěně jeho zatížení BRNO 008 FRANTIŠEK BERNÁTH

53 LICENČNÍ SMLOVA POSKYTOVANÁ K VÝKON PRÁVA ŽÍT ŠKOLNÍ DÍLO Pan Jéno a příjení: uzavřená ezi sluvníi stranai: Františe Bernáth Byte: Petőfiho 65, 943 Dvory nad Žitavou, Slovensá republia Narozen (datu a ísto): v Nových Záoch (dále jen autor ) a Vysoé učení technicé v Brně Faulta eletrotechniy a ouniačních technologií, se sídle Údolní 44/53, Brno, jejíž jéne jedná na záladě píseného pověření děane faulty: doc Ing Čestír Ondrůše, CSc (dále jen nabyvatel ) Čl Specifiace šolního díla Předěte této slouvy je vysoošolsá valifiační práce (VŠKP): baalářsá práce (dále jen VŠKP nebo dílo) Název VŠKP: Vedoucí/ šolitel VŠKP: Ústav: Zěna napětí na nn svorách distribučního transforátoru vn/nn při zěně jeho zatížení doc Ing Vladiír Blaže, CSc Ústav eletroenergetiy Datu obhajoby VŠKP:

54 VŠKP odevzdal autor nabyvateli v * : tištěné forě počet exeplářů eletronicé forě počet exeplářů Autor prohlašuje, že vytvořil saostatnou vlastní tvůrčí činností dílo shora popsané a specifiované Autor dále prohlašuje, že při zpracovávání díla se sá nedostal do rozporu s autorsý záone a předpisy souvisejícíi a že je dílo díle původní 3 Dílo je chráněno jao dílo dle autorsého záona v platné znění 4 Autor potvrzuje, že listinná a eletronicá verze díla je identicá Článe dělení licenčního oprávnění Autor touto slouvou posytuje nabyvateli oprávnění (licenci) výonu práva uvedené dílo nevýdělečně užít, archivovat a zpřístupnit e studijní, výuový a výzuný účelů včetně pořizovaní výpisů, opisů a roznoženin Licence je posytována celosvětově, pro celou dobu trvání autorsých a ajetových práv dílu 3 Autor souhlasí se zveřejnění díla v databázi přístupné v ezinárodní síti ihned po uzavření této slouvy (z důvodu utajení v ně obsažených inforací) 4 Nevýdělečné zveřejňování díla nabyvatele v souladu s ustanovení 47b záona č / 998 Sb, v platné znění, nevyžaduje licenci a nabyvatel je něu povinen a oprávněn ze záona Článe 3 Závěrečná ustanovení Slouva je sepsána ve třech vyhotoveních s platností originálu, přičež po jedno vyhotovení obdrží autor a nabyvatel, další vyhotovení je vloženo do VŠKP Vztahy ezi sluvníi stranai vznilé a neupravené touto slouvou se řídí autorsý záone, občansý záoníe, vysoošolsý záone, záone o archivnictví, v platné znění a popř dalšíi právníi předpisy 3 Licenční slouva byla uzavřena na záladě svobodné a pravé vůle sluvních stran, s plný porozuění jejíu textu i důsledů, nioliv v tísni a za nápadně nevýhodných podíne 4 Licenční slouva nabývá platnosti a účinnosti dne jejího podpisu oběa sluvníi stranai V Brně dne: Nabyvatel Autor

55 Bibliograficá citace práce: BERNÁTH, F Zěna napětí na nn svorách distribučního transforátoru vn/nn při zěně jeho zatížení Brno: Vysoé učení technicé v Brně, Faulta eletrotechniy a ouniačních technologií, s Vedoucí baalářsé práce doc Ing Vladiír Blaže, CSc Prehlasuje, že so svoju baalársu prácu vypracoval saostatne a použil so len podlady uvedené v priloženo zoznae Zároveň by so chcel poďaovať vedúceu baalársej práce p doc Ing Vladiírovi Blažovi, CSc za cenné rady a pripoieny ojej práci, posytnutú literatúru Vďaa tatiež patrí svojí blízy za podporu počas ôjho štúdia

56 VYSOKÉ ČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Faulta eletrotechniy a ouniačních technologií Ústav eletroenergetiy BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Zěna napětí na nn svorách distribučního transforátoru vn/nn při zěně jeho zatížení Františe Bernáth vedoucí: doc Ing Vladiír Blaže, CSc Ústav eletroenergetiy, FEKT VT v Brně, 008

57 BRNO NIVERSITY OF TECHNOLOGY Faculty of Electrical Engineering and Counication Departent of Electrical Power Engineering Bachelor s Thesis Change of voltage at LV terinals of a MV/LV power distribution transforer caused by changes in its load by Františe Bernáth Supervisor: doc Ing Vladiír Blaže, CSc Brno niversity of Technology, 007

58 ABSTRAKT Práca sa zaoberá probleatiou distribučných transforátorov Čitateľovi sú predložené teoreticé inforácie v prvej časti Táto úvodná vedoosť uožňuje bližšie sa oboznáiť s prílado, torého riešenie je cieľo práce Prílad zahŕňa odelovú situáciu v eletrizačnej sústave, edy je prieyselný závod napájaný cez vedenie VN a tri paralelne pracujúce transforátory VN/NN Ich napätie na nízonapäťových svorách sa bude eniť v závislosti na zaťažení Prílad bude zahŕňať riešenie Blondelových onštánt pre zvolenú náhradnú schéu KĽÚČOVÉ SLOVÁ: Distribučný transforátor; Náhradné schéy; Blondelove onštanty; Eletricý výon,

59 ABSTRACT This thesis is devoted to topic of distribution transforers In the first part of text there are entioned theoretical nowledge which prepare baseent for solving odel situation in electric networ The industrial par is plugged by three transforers and we are interested in change of voltage at LV terinals of transforers according its load Solving of exaple will include counting Blondel s constancies of chosen substitute circuit KEY WORDS: Distribution transforer; Substitute circuit; Blondel s constancies; Electric power

60 OBSAH ZOZNAM OBRÁZKOV 0 ZOZNAM TABLIEK ÚVOD CHARAKTERISTIKA SÚČASNÉHO STAV RIEŠENEJ PROBLEMATIKY 3 3 CIELE PRÁCE 4 4 METÓDY A POSTPY RIEŠENIA 5 5 TEÓRIA TRANSFORMÁTOROV 6 5 PRINCÍP ČINNOSTI TRANSFORMÁTOROV 6 5 TROJFÁZOVÝ TRANSFORMÁTOR 8 5 ZAPOJENIE VINTÍ HODINOVÝ HOL 8 5 PARALELNÁ SPOLPRÁCA PODMIENKY PARALELNEJ SPOLPRÁCE 0 53 NÁHRADNÁ SCHÉMA TRANSFORMÁTORA A PREPOČET 53 PREPOČÍTANIE PARAMETROV TRANSFORMÁTORA 54 SPRÁVANIE TRANSFORMÁTORA PRI ROZLIČNOM ZAŤAŽENÍ, FÁZOROVÉ DIAGRAMY 3 54 TRANSFORMÁTOR PRI PREVÁDZKOVOM ZAŤAŽENÍ 3 54 TRANSFORMÁTOR NAPRÁZDNO TRANSFORMÁTOR NAKRÁTKO 6 55 KÁŽKOVÝ VÝPOČET PARAMETROV NÁHRADNEJ SCHÉMY 3F TRANSFORMÁTORA 8 ZADANIE 8 NÁHRADNÁ SCHÉMA 8 VÝPOČET PARAMETROV PRIEČNEJ VETVY 9 VÝPOČET PARAMETROV POZDĹŽNEJ VETVY 9 56 NÁHRADA DVOJBRANOM Γ 3 57 STRATY A ÚČINNOSŤ 3 58 KONŠTRKČNÉ VYHOTOVENIE 35 6 VÝPOČET ZMENY NAPÄTIA NA NN SVORKÁCH DISTRIBČNÉHO TRANSFORMÁTORA VN/NN PRI ZMENE JEHO ZAŤAŽENIA 36 6 ZADANIE 36 6 SCHÉMA ZODPOVEDAJÚCA ZADANI, POSTP RIEŠENIA ÚLOHY RIEŠENIE ZHRNTIE VÝSLEDKOV 48 7 ZÁVER 49 POŽITÁ LITERATRA 50 PRÍLOHA A : PARAMETRE VYBRANÝCH TYPOV TRANSFORMÁTOROV 5

61 0 ZOZNAM OBRÁZKOV Obr - Prevedenie trafostanice Obr 5- Model ideálneho transforátora 6 Obr 5- Trojfázový jadrový transforátor 8 Obr 5-3 Zapojenie vinutia Yd transforátora a fázorový diagra napätí 9 Obr 5-4 Náhradná schéa transforátora Obr 5-5 Fázorový diagra transforátora zaťaženého apacitnou záťažou cos φ 0,30 4 Obr 5-6 Fázorový diagra transforátora zaťaženého ohicý odporo 5 Obr 5-7 Fázorový diagra transforátora zaťaženého záťažou cos φ 0,60ind 5 Obr 5-8 Náhradná schéa pre prílad 8 Obr 5-9 Náhrada dvojbrano Γ 3 Obr 5-0 Schéa zapojenia pre eranie stavu a)naprázdno, b) naráto 33 Obr 5- Aorfný transforátor 35 Obr 6- Schéa riešenej úlohy 37 Obr 6- Náhrada dvojbrano Γ 37 Obr 6-3 Náhrada dvojbrano jedný pozdĺžny paraetro 38 Obr 6-4 Náhrada schéy nesúerný T - článo 39 Obr 6-5 Graf závislosti odulu seundárneho napätia na zaťažení 46 Obr 6-5 Graf závislosti fázy seundárneho napätia na zaťažení 46

62 ZOZNAM TABLIEK Tab 5- Prepočítavacie oeficienty edzi noinálnyi a fázovýi hodnotai 0 Tab 6- Vývoj napätia na nn svorách distribučného transforátora v závislosti na zaťažení (O 00%) pri cos φ 0,95 45 Tab 6- Vývoj napätia na nn svorách distribučného transforátora v závislosti na zaťažení (0%) pri cos φ 0,95 46 Tab 6-3 Vývoj napätia na nn svorách distribučného transforátora v závislosti na zaťažení (O 00%) pri cos φ,00 47 Tab 6-4 Vývoj napätia na nn svorách distribučného transforátora v závislosti na zaťažení (O 00%) pri cos φ,00 47

63 ÚVOD Poje transforátor v sebe urýva obrovsé nožstvo inforácií Tie sú zaznaenané vo vysoo počte literárnych zdrojov Obyčajne sa v nich pojednáva o teórii transforátorov a vôli vysoej iere zapovania probleatiy sa autori poddávajú veľi podrobnej analýze Tá obyčajne úzo súvisí s edziodvetvovýi interaciai (eletrotechnia strojárstvo chéia - ) Taáto činnosť je právo v plnej iere podporovaná, pretože len presné a podrobné následnosti dejov: analýza syntéza zabezpečujú očaávané zlepšenie fungovania transforátorov a tý pádo sú pre rozvodné závody predostierané hospodárnejšie stroje, s torýi sú schopní dosahovať vyššiu efetivitu prenosu eletricej energie To je výsledo, ale v pozadí je urytá vedecá publiačná činnosť Ao negatívu sa vynára, že potenciálni záujecovia (študenti) o probleatiu distribučných transforátorov ajú ožnosť študovať len túto rozsiahlu literatúru pojednávajúcu všeobecne o transforátoroch A to nie je ideálne Preto á byť tento text oplex ucelených poznatov, toré sa budú orientovať na teóriu transforátorov Rozsah a obsah tejto publiácie sa snaží byť prispôsobený pre absolventov vysoých šôl Posytuje i dobrý prehľad na poli všeobecnej teórie, torej použiteľnosť je deonštrovaná na odelovo prílade napájania prieyslového závodu A prehľad je v súčasnosti rozhodujúci pre schopnosť uplatnenia sa na pracovno trhu Je to prvoradý fator, torý jedincovi uožňuje špecializovať sa Obr 0- Prevedenie trafostanice /04 ( [] )

64 3 CHARAKTERISTIKA SÚČASNÉHO STAV RIEŠENEJ PROBLEMATIKY Distribučné transforátory patria edzi záladné eleenty eletrizačnej sústavy už od saotného vzniania prenosových sietí transforátor zhotovili v rou 885 traja inžinieri závodov Ganz: Zipernowsi, Déri, Bláthy Z toho vyplýva, že na proces vývoja bola v porovnaní s inýi, v súčasnosti rýchlo rastúcii odvetviai, vyhradená dlhá doba Ao je to zvyčajné pre prírodný princíp zachovania rýchlosti rozvoja, transforátory tiež v prvopočiatoch zažili veľé zeny najä z hľadisa zeny použitých izolačných hôt, laov, onštručných prvov, spôsobu chladenia, ochrany proti vzniu nepriaznivých eletricých stavov Ta se sa dostali z výonu transforátorov 7,5VA vyrobených v rou 886 na 000VA pri použití 800V napätia Prito rástla efetivita procesu transforácie, lesali hodnoty stratových čísel ( [], [6] ) Moentálne je v trende zvyšovať ieru inializácie použitého priestoru pre distribučný transforátor V toto sere á vša eletrotechnicá inovátorsá supina pred sebou veľú výzvu Dôvod vysvetlí Pri iniaturizácii na poli eletroniy sa do výroby vniesli nové spôsoby izolácie (všeobecne zabezpečovania oddelených trás vedenia el prúdu) Na toto poli to funguje Je vša potrebné dodať, že transforátor pracuje aj s agneticýi obvodi A zatiaľ nebola objavená agneticá izolačná pása To znaená, že hospodárny chod si vyžaduje určitý obje železného jadra Moentálne sa pri realizácii distribučných transforačných staníc dodáva celý objet spôsobo unbloc Stavebný objet, torý v sebe srýva distribučný transforátor, je rozerovo nadienzovaný práve na použitý typ transforátora A pri taoto pohľade sa dosahuje poznateľné znižovania priestoru určeného pre transforáciu eletricej energie Transforátor á poerne dobré chladenie, toré je podporované valitný odvádzaní tepla z objetu Ore toho je zabezpečená vysoá iera bezpečnosti, eďže stavebné práce sa prevádzajú z nehorľavého ateriálu, buď zo špeciálnej uelej hoty alebo betónu Na tohtoročnej eletrotechnicej výstave Elosys v Trenčíne popredné firy prezentovali transforačné stanice s výono MVA na priestore 5, torý zahrňoval aj časť pre nn rozvody Mohol by so tiež začať hovoriť o to, že taýto spôsobo estetia nášho oolia stúpa a eletrotechnicý rozvoj á dopad aj na forovanie životného prostredia Fato ostáva, že dnešné rozšírené použitie eletricej energie závisí v prvo rade od transforátorov, toré uožnili veľú hospodárnosť pri prenose el energie

65 4 3 CIELE PRÁCE Ciele, toré ajú byť dosiahnuté: Pojednajte o distribučných transforátoroch, ich eletricých paraetroch a o ich náhrade dvojbrano Prieyselný závod á tri transforátory, aždý s enovitý výono S n,6mva a prevodo p /0,4V Závod je napájaný z trojfázového vedenia s enovitý napätí n V so zadanýi paraetrai z rozvodne V, de sa udržuje onštantné napätie 3,V rčte, ao sa bude eniť napätie na svorách nízeho napätia transforátorov pri zenách výonu od chodu naprázdno do enovitého zaťaženia transforátorov Účinní sa predpoladá onštantný a rovná sa 0,95

66 5 4 METÓDY A POSTPY RIEŠENIA Vstupný oento pre súanie nového je reapitulácia poznatov bádateľa Opaovanie v tejto sfére bolo organizované predeto eletricé stroje v druho ročníu baalárseho štúdia na FEKT VT v Brne Tato nahroadený celo údajov sa zveľadil do dvoch serov Technicá literatúra prevyšujúca ráec spoínaného predetu Zdrojo bola nižnica Ústavu výonovej eletroniy Konfrontácia s praxou Konzultácia so zainteresovanýi spoločnosťai na výstave ELOSYS 007, Trenčín Sledovanie inforačných ateriálov o produtoch (web, prospety) vrátane technicých a eonoicých uazovateľov Hľadanie SW podpory pre výpočty transforátorov Nasledovala striedavá činnosť štúdia a zaznaenávania Po zhodnotení dostatu inforačných zdrojov sa zahájila príprava saotnej seestrálnej práce, torá nesôr previtla do baalársej práce

67 Teória transforátorov 6 5 TEÓRIA TRANSFORMÁTOROV Transforátor je netočivý stroj preieňajúci privedené striedavé napätie a prúd na iné zvolené hodnoty Pri transforácii ostáva výon nezenený, a neprihliadnee istej, celo alej spotrebe činného a jalového výonu v saotno transforátore Transforátor je ožné použiť transforácii striedavého eletricého výonu jednofázového i viacfázového ( [], [5], [6], [7] ) 5 Princíp činnosti transforátorov Transforátor je v porovnaní s ostatnýi el stroji onštručne poerne jednoducho vybavený Zálad je tvorený železný jadro (vyhotovení sa bude podrobnejšie zaoberať v stati 55), toré je navinuté priárny a seundárny vinutí ta, ao je naznačené na obr5- Obr 5- Model ideálneho transforátora ( Zdroj: LITERATÚRA[7] ) Obrázo poslúži vysvetleniu záladného princípu činnosti Na svory priárneho vinutia sa pripojí striedavého napätia To spôsobí preteanie prúdu priárny vinutí s N záviti, de sa podľa vzťahu di L (V;-,Vs,s) (5) dt i induuje napätie i Iné vyjadrenie pre i je nasledovné: i dφ N (V;-,Vs,s) (5) dt Pravá strana tohto vzťahu je dôsledo, to znaená, že usí dôjsť zene agneticého tou Cez železné jadro preženie agneticý to Φ, torý je preenlivý Na zenu Φ reaguje seundárna cieva, v torej sa induuje napätie podľa

68 Teória transforátorov 7 i dφ N (V;-,Vs,s) (53) dt a následne preteá cez seundárne vinutie a ipedanciu prúd I Ser prúdu á taý ser, aby svoji účino pôsobil proti zene, torá ho vyvolala Posledná veta je vyjadrení Lencovho záona A je zena, torá vyvolala induciu prúdu zenšovanie agneticého tou v železno jadre, dôsledo bude prúd preteajúci v tao sere, v ao bude podporovať zväčšenie Φ V prípade haronicých priebehov napätí transforátorov ôžee napísať pre efetívne hodnoty induovaných napätí: i,44 Φ f 4 N (V;Vs,Hz,-) (54) i,44 Φ f 4 N (V; Vs,Hz,-) (55) Rovnice (54)a(55) sú dôležité z hľadisa dienzovania Podelení vzťahov (54)a(55) dostávae výsledo i i N N (V,V;-,-;-) (56) de značí prevod transforátora Tento vzťah slovne značí, že veľosť induovaného napätia na danej strane je lineárne závislá na počte závitov tej strany Poer prúdov sa rovná prevrátenej hodnote prevodu Z poeru vyplýva, že: I N (57) I N I N N I (58) čo znaená, že na oboch stranách sú rovnaé prietoy, ao aj to, že pri rovnao zaťažení dostanee pre obidve strany rovnaé váhy vodičov O oľo enej je závitov na strane nižšieho napätie, presne o to väčší prierez je potrebný ( [7] )

69 Teória transforátorov 8 5 Trojfázový transforátor Distribučné transforátory sa vyrábajú v trojfázovo vyhotovení, eďže distribučná sieť je trojfázová Trojfázové transforátory sa dajú predstaviť ao tri jednofázové transforátory Najčastejšie sa vyrábajú jadrové transforátory, torého stĺpy sú v rovine, ao to naznačuje obr5- Obr 5- Trojfázový jadrový transforátor ( Zdroj: LITERATÚRA[7] ) Z taéhoto uiestnenia vyplýva nerovnaá dĺža stredných indučných čiar pre stredný stĺp a pre rajné stĺpy, čoho dôsledo sú rozličné agnetizačné prúdy(agnetizačný prúd predstavuje prúd potrebný na vytvorenie agneticého tou) Nesyetria sa dá odstrániť použití stredného stĺpu s enší prierezo Ao je z obrázu zrejé, na jedno stĺpe sa nachádza priárne a seundárne vinutie jednej fázy Nesú byť uiestnené na rôznych stĺpoch, pretože by sa anulovali agneticé toy Nebola by splnená podiena funčnosti Pre správanie sa taéhoto transforátora v eletrizačnej sústave je nevyhnutné dbať na spôsob zapojenia vinutí To je probleatia nasledujúceho pododdielu 5 Zapojenie vinutí Hodinový uhol Vinutia trojfázových transforátorov ôžu byť zapojené troi rôznyi spôsobi: zapojenie do hviezdy, značenie: λ, Y, zapojenie do trojuholnía, značenie, D, zapojenie do loenej hviezdy, značenie Z V prípade, že vstupné a výstupné vinutia trojfázového transforátora sú spojené rovnaý spôsobo (λ, λ ;, ), sú linové napätia na oboch stranách vo fáze A sú zapojenia rozdielne, edzi linovýi napätiai vstupného a výstupného vinutia je fázový posuv 30 Ďalej je dôležité prihliadať na to, či sú na svorovnicu transforátora pripojené začiaty alebo once vinutia výstupného napätia Fázový posuv edzi rovnao označenýi svorai vstupného a výstupného vinutia sa udáva tzv hodinový uhlo Platí pre hodinový uhol, že hodina 30 Zapojenie vinutí a hodinový uhol je určujúcou vlastnosťou paralelne pracujúcich transforátorov Táto vlastnosť sa vyjadruje sybolo trojznaový sybolo: spojenie vinutia vyššieho napätia veľé písená Y,D,Z, spojenie vinutia nižšieho napätia alé písená y,d,z,

70 Teória transforátorov 9 hodinový uhol v hodinách 0,,, 4, 5, 6,7, 8, 0,, Naprílad Yd značí, že vinutie vyššieho napätia je spojené do hviezdy, vinutie nižšieho napätia je spojené do trojuholnía a fázový rozdiel eraný od fázy vyššieho napätia rovnaej fáze nižšieho napätia je x Toto zapojenie deonštruje nasledujúci obrázo Poznaenáva, že šípy serujú od začiatov u onco vinutí Obr 5-3 Zapojenie vinutia Yd transforátora a fázorový diagra napätí ( Zdroj: LITERATÚRA[7] ) Hodinový uhol dostane, a fázu A cievy vyššieho napätia posunie do polohy na hodinách a zodpovedajúci vetor fázy nn uazuje číslo, toré je totožné s hodinový uhlo Hodinový uhol sa najlepšie určí z vetorového diagrau vzťahovaného na danú schéu zapojenia, v torej si označíe zysly induovaných napätí, príp zysli vinutia cievo A je zysel rovnaý, aj sery šípo sú rovnaé V opačno prípade sú protibežné, posunuté o 6 hodín hol edzi vetori tej istej fázy na vn a nn strane udáva hodinový uhol A by so chcel ráčať opačný sero, tj zo zadaného sybolu definujúceho vinutie (vn, nn a hodinový uhol) zvoliť príslušné zapojenie, postupoval by so tato: platí predstava, že oraj ruhu, torý obolesuje vetorový diagra, prislúcha svorovnici To znaená, že je postačujúce sledovať ser šípy daného vetora napätia Tá časť vetora, de sa ončí šípa, sa uvažuje za oniec vinutia, naopa, za začiato vinutia sa zohľadňuje začiato šípy Pri riešení trojfázových transforátorov bude počítať s jednofázový odelo Pri výpočtoch použije fázové hodnoty napätia a prúdu Musí vša hľadieť na to, že všeobecne je transforátor zadávaný noinálnyi hodnotai A noinálne hodnoty sú združené hodnoty Ta naprílad pri zapojení nietorej strany transforátora do trojuholnía počítae so zadanýi hodnotai, pretože pri toto zapojení sú združené hodnoty súčasne aj fázovýi hodnotai Pre zapojenie do hviezdy usí zadané napätie vydeliť hodnotou 3, aby so pracoval s fázovou hodnotou ( [7] )

71 Teória transforátorov 0 Nasledovná tabuľa zahŕňa prepočtové oeficienty pre všety varianty zapojenia Tab 5- Prepočtové oeficienty edzi noinálnyi a fázovýi hodnotai ( Zdroj: LITERATÚRA[7] 5 Paralelná spolupráca Podieny paralelnej spolupráce Pri potrebe zabezpečenia dodávy eletricej energie z viacerých zdrojov sa realizuje riešenie poocou viacerých transforátorov napájajúcich jedno odberné iesto Stupeň dodávy eletricej energie je jedný z ožných dôvodov potreby paralelnej spolupráce Existuje vša noho iných prípadov, eď je potrebné pripojiť jestvujúceu transforátoru ďalší s vyhovujúcii paraetrai, aby sa uspoojili výonové požiadavy po rozšírení výroby prieyselného závodu Ao so už naznačil v predchádzajúcej stati, existujú podieny pre ožnosť paralelnej spolupráce transforátorov Tie sú nasledovné: «rovnaý hodinový uhol, «rovnaé enovité hodnoty vstupného a výstupného napätia, «rovnaé napätie naráto, aby sa zaťaženie transforátorov rozdelilo úerne ich enovitý výono, «usia byť spojené zodpovedajúcii fázai V prípade nedodržania týchto podieno dochádza rozdielu potenciálov edzi vinutiai transforátorov, eďže priebehy napätí sa neprerývajú Vzniajú vyrovnávacie prúdy O ich závažnosti asi netreba poleizovať, a uvedie, že rozdiel oažitých hodnôt napätia je hnacou silou a odpor vinutia je brzdou Taýto prípado sa usí predchádzať dôladný výbero transforátorov

72 Teória transforátorov 53 Náhradná schéa transforátora a prepočet Transforátor sa z eletricého hľadisa sladá z dvoch častí, a to z priárnej a seundárnej Logia dituje, že sa nedá naresliť náhradná schéa ao jeden celo Existuje vša výnia A tou je rovnaé napätie na svorách priárneho a seundárneho vinutia Aj eď distribučné transforátory neajú túto vlastnosť ( negovala by sa ich hlavná funcia ), dá sa to početne zariadiť Proces sa volá prepočítanie transforátora Napätie na strane, torú prepočítava, sa zení lineárne s hodnotou prevodu, hodnoty prvov náhradnej schéy sa zenia vadraticy s veľosťou Tento aparát bude nesôr hlbšie popísaný Pre transforátor sa apliujú dve náhradné schéy Jedná sa o: «Gaa ( Γ ), «π V tejto práci bude najprv rozanalyzované správanie transforátora pri uvážení náhrady dvojbrano π V stati 56 sa poto zhrnú vzťahy pre článo Γ Náhradná schéa π nasledovná: prepočítaného transforátora na priárnu stranu je Obr 5-4 Náhradná schéa transforátora ( Zdroj: LITERATÚRA[7] ) vedené veličiny značia: R ohicý odpor vstupného vinutia, X σ rozptylová reatancia vstupného vinutia, zahŕňa tú sutočnosť, že celý agneticý to sa neuzatvorí cez železné jadro, v prípade veľého nasýtenia sa časť uzatvorí vzducho, a teda rastie agneticý odpor, X μ agnetizačná reatancia, X σ prepočítaná rozptylová reatancia výstupného vinutia, R prepočítaný ohicý odpor výstupného vinutia, R FE odpor nahradzujúci straty v železe

73 Teória transforátorov 53 Prepočítanie paraetrov transforátora Výber strany, na torú sa bude prepočítavať, je voľný Musia sa vša brať do úvahy nietoré sutočnosti A to: «v prvo rade sa zvolí napätie, u toréu sa prispôsobí druhé napätie váži sa, že strana nn je onštantná, ta sa napätie strany vn podelí hodnotou prevodu a dostanee sa na úroveň napätia strany nn Otázou zostáva, toré prvy náhradnej schéy sa budú prepočítavať, eď sa snaží o prepočet na stranu nn Odpoveď je nasledovná: «paraetre, toré sa zistili pri napätí nn sú sutočné a nepodliehajú prepočtu Naprílad priečna vetva náhradnej schéy sa vypočítava z údajov, toré boli nadobudnuté pri eraní naprázdno Meranie naprázdno sa obyčajne realizuje na strane nn «Paraetre, toré sa zistili pri napätí vn sa usia prepočítať Na zálade erania naráto, toré sa obvyle realizuje na strane vn, zisťuje eparaetre pozdĺžnej vetvy náhradnej schéy Z toho vyplývajúc paraetre pozdĺžnej vetvy na strane vn sú sutočné, na strane nn nesutočné Preto sa usí apliovať prepočet na stranu nn Vhodne sa použije vadrát prevodu, aby se sa dopracovali žiadanéu cieľu Opísaný postup bude v nesoršej fáze predvedený na prílade Ao už bolo spoenuté, pre napätie platí (59) (50) Pre prepočítavania ohicých odporov a reatancií je situácia iná Vychádza sa z toho, že straty pri prepočítano a sutočno odpore usia byť taé isté, aé boli pri sutočno odpore a prúde I R (5) R I Úpravou vzťahu 5 dostávae: I N R R R I N (5) R R R (53) Podobne pre prepočet indutívnych odporov bude platiť vzťah: X σ X σ (54)

74 Teória transforátorov 3 X σ X σ (55) 54 Správanie transforátora pri rozlično zaťažení, fázorové diagray Práve sledovanie zeny eletricých stavov pri rozličnej záťaži je hlavný predeto súania tejto seestrálnej práce Ore lasicého prípadu zaťaženia sa načrtnú aj stavy naráto a naprázdno Meranie týchto stavov ná uožňuje počítať paraetre náhradnej schéy 54 Transforátor pri prevádzovo zaťažení Predpoladáe, že je transforátor zaťažený, tj na svory výstupného vinutia je pripojený určitý odpor Týto vinutí potečie prúd Napätie vstupnej strany á onštantnú hodnotu, rovnú súčtu eletrootoricej sily a úbytu napätia na odpore priárneho vinutia V činnosti naprázdno je agneticý to Φ vyvolaný agnetootoricou silou(apérzáviti) I μ N Pri zaťažení vznine v transforátore dodatočná agnetootoricá sil rovná I N pôsobiaca proti pôvodnéu agneticéu tou Pretože agneticý to á onštantnú veľosť, usí sa v agnetootoricej sile vstupného vinutia objaviť zloža rovná I N,openzujúca v aždo oaihu vplyv apérzávitov seundárnej strany I N Z toho vyplýva, aždéu vzrastu výstupného prúdu usí zodpovedať vzrast priárneho prúdu ta, aby ostala zloža na vytvorenie agneticého tou ( [5] ) Z predchádzajúcich úvah vyplynulo, že vytvoreniu agneticého tou Φ je potrebný agnetizačný prúd I μ Má charater jalového prúdu, pretože je vo fázi s agnetizačný too Φ, torý je onesorený oproti napätiu o uhol π/ So vznio striedavého agneticého tou vo feroagnetico obvode sú spojené straty v železe, torého rytie usí transforátor zabezpečiť prúdo I FE, torý je vo fáze s Výsledo oboch prúdov je súčet fázorov: I 0 I µ + I FE (56) V toto vzťahu je hodnota I FE zanedbateľná, práve preto sa nieedy uvažuje o rovnosti ostatných členov Tatiež je zrejé z predchádzajúcich úvah: I I + I µ (57) Po toto poznatu sa ôže venovať onštrucii fázorových diagraov pre rôzne zaťaženia, toré odhalia, aý spôsobo sa bude vyvíjať napätie na seundárnej strane Pri zhotovovaní fázorového diagrau sa vychádza z fázora napätia K neu sa zostrojí prúd určitej veľosti, fázovo posunutý A sa pričítajú napätiu úbyty napätí: činné a jalové (sú vo fáze, resp olé na I ), dostanee fázor induovaného

75 Teória transforátorov 4 napätia i je induované hlavný too Φ, torý ju (a teda aj I 0 ) predbieha o uhol π/ I 0 alebo po zanedbaní I FE, platí pre I µ vzťah (57) Teraz sa pričítajú induovanéu napätiu úbyty napätí na priárnej strane a dostane napätie Je potrebné poznaenať, že prúdy sú nareslené v spotrebiteľso systée To znaená, že prúd tečie z iesta plusového sybolu do ínusu Preto naprílad fázový posun pri zaťažení čistý ohicý odporo edzi napätí a prúdo na seundárnej strane je 80 A by sa bral do úvahy generátoricý reži, fázový posun by činil 0 Fázorové diagray nietorých typov zaťažení: Obr 5-5 Fázorový diagra transforátora zaťaženého apacitnou záťažou cos φ 0,30 ( Zdroj: LITERATÚRA [7] ) Transforátor napájajúci záťaž apacitného charateru sa správa obdobne ao to uazuje fázorový diagra na obr 5-5 Prúd predbieha napätie na priárnej aj seundárnej strane Tento stav spôsobuje, že úbyty napätí na prvoch náhradnej schéy budú záporné To znaená, že apacitné zaťaženie spôsobuje napäťové zisy Reálny napäťový poer neorešponduje s týto fázorový diagrao, eďže úbyty napätí sú v nepoere s reálnyi Účelo je vša v tejto fáze názornosť

76 Teória transforátorov 5 Obr 5-6 Fázorový diagra transforátora zaťaženého ohicý odporo ( Zdroj: LITERATÚRA[7] ) Pre zaťaženie ohicý odporo je príznačný nulový (resp 80 ) fázový posun edzi napätí a prúdo na svorách seundárneho vinutia Badateľný vstupo do transforátora je určitá iera jalovej energie, torá sa spotrebuje na vytvorenie agneticého poľa a porytie strát rozptylovou reatanciou A tá badateľnosť spočíva v cosφ indutívneho charateru Saozreje je prítoný aj jav polesu seundárneho napätia oproti priárneu Ten poles je spôsobený stratai v pozdĺžnej vetve náhradnej schéy transforátora Obr 5-7 Fázorový diagra transforátora zaťaženého záťažou cos φ 0,60ind ( Zdroj: LITERATÚRA[7] ) Indučný charater záťaže je charateristicý úbyto napätia, torého dôvod je rovnaý ao v predchádzajúco prípade( straty v pozdĺžnej vetve) A obdobne platí: φ > φ Rozdiel je evivalentný s jalovýi stratai 54 Transforátor naprázdno A á transforátor rozpojené seundárne vinutie, neodovzdáva žiadnu energiu, poto sa hovorí o stave naprázdno Jej správanie je v tao prípade rovnaé ao pre lasicú tlivu so železný jadro A sa zoberiee do úvahy ideálny prípad transforátora, torý neá nijaé straty, dostávae jednoduchý obraz o napäťových

77 Teória transforátorov 6 a agneticých poeroch Transforátor berie zo siete len agnetizačný prúd, torý je potrebný na vyvolanie agneticého tou Tento prúd je fázovo zaostávajúci o 90 oproti napätiu A sa vša uváži reálny stav, transforátor naprázdno bude odoberať aj činnú eletricú energiu na porytie činných strát (straty vo vinutí transforátora a straty v železe vírivé prúdy, hysterézne straty) V sutočnosti teda φ < 90 Po zhrnutí, transforátor naprázdno je spotrebiteľo jalovej energie a nepatrnej činnej energie Taýto chod neá svoje opodstatnenie, pretože na openzačné účely sa apliuje tliva Existuje vša jedna nezanedbateľná sutočnosť, vôli torej sa popisuje tento stav Výsledy z erania naprázdno sú vstupnýi údaji pri výpočtoch paraetrov náhradnej schéy, onrétne priečnej vetvy T- článu Meranie sa prevádza obyčajne zo strany nn Merajú sa lasicý zapojení tri veličiny, a to: P 0, I 0, 0 Pri výpočte sa zanedbávajú prvy pozdĺžnej vetvy Postupuje sa nasledovne: cos P 0 ϕ 0 (58) 0 I0 I FE I 0 cosϕ (59) (50) 0 RFE I FE I µ I 0 sin ϕ (5) (5) 0 X µ Iµ Ostáva poznaenať, že všety hodnoty sa vzťahujú na jednu fázu Pri trojfázových transforátoroch, toré ajú eranú stranu zapojenú do hviezdy, naerané údaje budú združené a súčasne nefázové Tento fat treba ošetriť vhodný ponásobení onštantai Algoritus sa predvedie na odelovo prílade pre trojfázový transforátor v nesoršej stati 543 Transforátor naráto Stav naráto sa dosiahne, a sa sratujú svory jedného vinutia transforátora vodičo dostatočného prierezu Taýto stav sa bežne využíva pri zváracích transforátoroch, ale v oblasti distribúcie eletricej energie je pre nás eranie stavu

78 Teória transforátorov 7 naráto druhý piliero pre výpočet paraetrov náhradnej schéy transforátora rčujee poocou nej prvy pozdĺžnej vetvy Meranie naráto sa obyčajne prevádza zo strany vn Zisťujú sa nasledovné tri veličiny: P K, I K, K Vďaa eletricý stavo, u torý dochádza pri stave naráto náhradná schéa ôže bez spôsobenia relevantnej chyby podľahnúť zjednodušeniu To pozostáva z vynechania priečnej vetvy Prvy pozdĺžnej vetvy sa nahradia jedný spoločný prvo a tý je ipedancia Z K A by sa začala rozbaľovať, dostali by se X K a R K, tj celovú hodnotu reatancie a činného odporu na pozdĺžnej vetve Pri určovaní sa postupuje nasledovne: cos P K ϕ K (53) K I K Z K I K (54) K P K R K (55) IK X K Z K RK (56) Keďže prvy považujee za syetricé, bude platiť: R K R R (57) obdobne pre prvy reprezentujúce vplyv rozptylových reatancií: X K X X σ σ (58) Platí to isté ao pri počítaní z erania naprázdno Všety hodnoty sa vzťahujú na jednu fázu Pri trojfázových transforátoroch, toré ajú eranú stranu zapojenú do hviezdy, naerané údaje budú združené a súčasne nefázové Tento fat treba ošetriť vhodný ponásobení onštantai Algoritus sa predvedie na odelovo prílade pre trojfázový transforátor v nasledujúcej apitole

79 Teória transforátorov 8 55 ážový výpočet paraetrov náhradnej schéy 3f transforátora Zadanie Trojfázový transforátor s výono 30VA s enovitýi hodnotai napätí 6000V/400V v zapojení Dy á tieto hodnoty z erania naráto a naprázdno: «Meranie naprázdno realizované zo strany nn: P 0 800W, I 0 5A, 0 400V «Meranie naráto realizované zo strany vn: P K 550W, I K,5A, K 30V Vypočítajte paraetre náhradnej schéy prepočítané na stranu nn Náhradná schéa NN R Xσ Xσ R VN f f Obr 5-8 Náhradná schéa pre prílad ( Zdroj: LITERATÚRA[7] ) Náhradná schéa sa nareslila taý spôsobo, že do ľavej časti je situovaná časť obvodu, na torú sa prepočítava ( nízonapäťová časť ) Poznáa zapojeniu vinutí transforátora a výpočtový dôsledo: «Pre výpočet paraetrov trojfázového transforátora platí, že sa počíta obdobne ao pre jednofázový transforátor, ale výsledo sa násobí onštantou 3 «Pre výpočet výsledov sa používajú fázové hodnoty napätia a prúdu «NN strana je zapojená do hviezdy Zadaná enovitá hodnota napätia je združená, a nie fázová hodnota Preto sa usí deliť enovitá hodnota onštantou 3 Menovitá hodnota prúdu je fázová hodnota

80 Teória transforátorov 9 «VN strana je zapojená do trojuholnía Platí, že enovitá hodnota napätia je fázová hodnota Fázová hodnota prúdu sa rovná podielu enovitej hodnoty prúdu a onštanty 3 Výpočet paraetrov priečnej vetvy Paraetre sa počítajú z výsledov erania naprázdno Výpočet je nasledovný: P 0 f ( 3) 3 3 R R (59) FE FE 400 R FE 88, 88Ω (530) P I R 400 f FE, 59 FE 88,88 3 A (53) I µ I 0 I FE 5,59 4, 77A (53) X µ , 63Ω I 4,77 µ (533) Poznáa: Apliovateľný by bol aj odel výpočtu uázaný v apitole 54 Výpočet paraetrov pozdĺžnej vetvy Ráta sa s tý, že uvedená hodnota prúdu pri eraní naráto je enovitá hodnota Ale ôžee sa o to presvedčiť: S 3 f I f (534) I S , A (535) f 3 f

81 Teória transforátorov 30 Výsledo pouázal na pravdivosť predchádzajúceho výrou, eďže fázová hodnota prúdu je 7,A, ale po prenásobení onštantou 3 dostávae enovitú hodnotu, čo je,5a P (536) K 3 RK I f P K 550 R K 6, 3Ω (537) I 7, f K 30 Z K 4, 95Ω (537) I 7, f X Z R 4,95 6,3 39, 73Ω (538) K K K Teraz je nutný prepočet, pretože se počítali z údajov zísaných pri eraní naráto zo strany VN R K R K 6,3 0, 04Ω (539) RK 0,04 R R 0, 0Ω (540) X K X K 39,73 0, 059Ω (54) X K 0,059 Xσ Xσ 0, 095Ω (54)

82 Teória transforátorov 3 56 Náhrada dvojbrano Γ Literatúra [4] uvádza nasledovné Náhradná schéa je nasledovná: I Z t I Y t Obr 5-9 Náhrada dvojbrano Γ Článo á v pozdĺžno sere ipedanciu Zt, torá reprezentuje rozptylové toy vinutí a rezistancie V priečno sere sa berie do úvahy aditancia Yt, torá odeluje agnetizačný prúd S ohľado na to, že ipedancie v priečno a pozdĺžno sere sú značne rozdielne (Zt >> /Yt), je ipedancia Zt približne rovnaá ao ipedancia pri chode naráto pri enovito prúde /Yt sa približne rovná ipedancii naprázdno pri enovito napätí Tieto hodnoty sa dajú určiť zo štítových údajov ( ide o obdobu predvedeného pre článo π): S n enovitý výon e poerná hodnota napätia naráto vzťažená enovitéu napätiu 3ΔP Fe straty výonu v železe (výon naprázdno) 4 ΔP Cu straty výonu vo vinutí (výon naráto) 5 i 0 poerná hodnota prúdu naprázdno vzťažená enovitéu prúdu 6 n, n enovité hodnoty priárneho a seundárneho napätia Reálna zloža pozdĺžnej ipedancie predstavuje rezistanciu oboch vinutí R t : 3 3 Sn P Cu Rt In Rt 3 (543) n R t P n (544) Cu Sn

83 Teória transforátorov 3 Iaginárna zloža pozdĺžnej ipedancie predstavuje rozptylovú reatanciu oboch vinutí Platí pre ňu vzťah: n PCu t e Sn Sn X (545) Reálna zloža priečnej aditancie G t zahŕňa straty v agnetico obvode vírivýi prúdi a agneticou hysteréziou pri enovito napätí a frevencii 50 Hz P Fe 3 Gt n (546) Gt P (547) Iaginárna zloža priečnej aditancie B t zahŕňa jalový výon potrebný agnetizácii pri enovito napätí: Fe n B t ( S i ) PFe (548) n 0 n Za napätie n dosadzujee priárne alebo seundárnu enovitú hodnotu podľa toho, na torú z týchto napäťových úrovní hodlá prepočítavať 57 Straty a účinnosť V súčasnosti je otáza udržiavania stavu životného prostredia viac než atuálnou otázou Spoínané je najä globálne otepľovanie Sleníový efet je spôsobovaný enorný zvyšovaní obsahu oxidu uhličitého v atosfére K značnej producii CO dochádza aj pri výrobe eletricej energie Z toho vyplývajúc úspora eletricej energie znaená aj zníženie producie CO Veľé straty vzniajú aj pri procese distribúcie eletricej energie a týto stratá prispievajú aj transforátory Len v Európe sa odhadujú straty eletricej energie transforátorov na 50TWh za ro Pre názornosť tohto čísla, ročná spotreba eletricej energie sa na Slovensu pohybuje oolo hodnoty 5TWh Preto je dôležité definovať transforátor z hľadisa stratovosti a podporovať zlepšovanie Straty transforátora sa rozdeľujú na []: «Straty naprázdno vzniajúce v ateriáli agneticého jadra Do tejto supiny patria hysterézne straty (úerné frevencii) a straty vírivýi prúdi (úerné vadrátu frevencie) Tvoria hlavný podiel na stratách transforátora, preto technológia výrobného procesu rešpetuje ateriály a ich uloženie prispievajúce znižovaniu strát naprázdno Tieto straty sú činného charateru, preto sa v náhradnej schée nahradzujú prvo R FE «Straty naráto alebo Joulove straty pri prechode prúdu vinutiai Tatiež znaenajú straty činného výonu

84 Teória transforátorov 33 «Dodatočné straty sú hlavne straty vírivýi prúdi vo vinutí a v onštručných častiach blízo vinutia So stúpajúcou teplotou lesajú Sú to straty spôsobené rozptylovýi toi a ajú jalový charater Účino dodatočných strát je o to väčší, čí sú železné časti bližšie jadru a vinutiu transforátora Závisia od výonu transforátora Tieto straty tvoria asi % zo strát naráto, pri enších transforátoroch sa tento paraeter ôže vyšplhať na hodnotu 0 30% zo strát naráto Na presné určovanie tejto hodnoty sa používajú tabuľy «Straty v dieletriu Dieletricýi stratai nazývae tú časť energie, torá sa rozptýli v dieletriu pri pôsobení eletricého poľa a zapríčiňuje jej zohriatie Do úvahy prichádzajú najä pri vysoonapäťových transforátoroch, de sú eletricé polia s vysoý gradiento Tieto straty sú v porovnaní s ostatnýi nepatrné a zanedbávae ich Meranie celových strát prebieha nasledovný spôsobo [7] Použije sa eracie zapojenie naznačené v ďalšo obrázu Obr 5-0 Schéa zapojenia pre eranie stavu a)naprázdno, b) naráto ( Zdroj: LITERATÚRA[7]) Celové straty určíe z erania naprázdno a naráto Celové straty sú zložené z týchto dielčch : P P0 + P K + P d (543) de ΔP 0 straty naprázdno pri enovito napätí, ΔP K straty naráto pri enovito prúde, ΔP 0 dodatočné straty Postup pri eraní je taý, že si v prvej fáze sa erajú odpory vinutí R, R Z erania naprázdno sa vyvodzuje hodnota strát v železe podľa vzťahu: P FE P 0 P 0 (544) de P 0 príon transforátora naprázdno, ΔP 0 Joulove straty pri stave naprázdno, rovnajú sa P (545) 0 3 R0 I0

85 Teória transforátorov 34 Z erania stavu naráto sa odvodzujú straty vo vinutí a dodatočné straty Straty naráto Δ P K straty sa rovnajú súčtu Joulových strát Δ P JK a dodatočných strát Δ P d Joulove straty ajú nasledovný vzťah pre výpočet: ( R ) ( ) + R I + 3 R R P JK 3 R + I (546) I + 3 R I 3 Straty s teplotou stúpajú, preto a chcee oderať reálny prevádzový stav, usí použiť prepočítanie poocou onštanty Mateaticá operácia pre prepočet strát, toré prislúchajú teplote napr 70 C, je nasledovná: PJ 70 PJt (547) 35 + t de ΔP J70 Joulove straty pre 70 C, ΔP Jt Joulove straty pre teplotu oolia, t teplota oolia Dodatočné straty sú P P P (548) d K JK Sutočnosť, že so stúpajúcou teplotou dodatočné straty lesajú, je ošetrená nasledovný vzťaho: 35 + t Pd 70 PJt (549) Poznaenáva, že teplota 70 C slúži iba pre názornosť, reprezentuje teplotu t Celové straty transforátora: P P + P + P (550) FE Jt dt Pre dosahovanie porovnateľnosti iných druhov transforátorov sa zavádza poje účinnosť Účinnosť transforátorov je najväčšia spoedzi všetých eletricých strojov Účinnosť je definovaná ao poer výonu, torý je daný vzťaho I cosϕ príonu I cosϕ (súčet výonu a strát), de je počet fáz a hodnoty prúdu a napätia sú fázové veličiny Účinnosť pre enovitý prúd I n je vyjadrená vzťaho: (%) I cosϕ 00 n η t (55) I ncosϕ + PFE + PJt + Pdt Účinnosť transforátorov v súčasnosti onverguje hodnote 98% vedené eracie postupy a vzťahy sa čerpajú z literatúry [7]

86 Teória transforátorov Konštručné vyhotovenie Transforátory sa vyrábajú v nieoľých vyhotoveniach Význané z historicého hľadisa sú najä olejové transforátory, nedávno prišli na trh suché transforátora, toré sú zaliate v epoxide Novinou sú aorfné transforátory, toré refletujú požiadavu znižovania strát «Olejové transforátory sú vyrábané hereticy uzavreté distribučné transforátory vo vlnových nádobách a výonové transforátory v radiátorových nádobách Chladiaci édio je inerálny olej, siliónový olej alebo eologicé dieletriu na báze esterov- MIDEL 73 Magneticé obvody sú vyrábané z orientovaného plechu, sladané spôsobo step-lap «Suché transforátory Klasicé suché transforátory a suché transforátory s liatou izoláciou, toré spoločnosť vyrába už od rou 969, sú eologicy aceptovateľné - neohrozujú životné prostredie, ajú bezpečnú prevádzu, iniálnu údržbu a praticy neobedzené ožnosti inštalácie na ieste spotreby eletricej energie Suché transforátory sú určené iba do vnútorného prostredia, suché transforátory s liatou izoláciu sa vyrábajú aj vo vyhotovení pre ontáž do vonajšieho prostredia «Aorfné transforátory Aorfné transforátory ajú agneticý obvod z aorfného ovu Voči štandardný transforátoro ajú radiálne znížené straty naprázdno o 75% až 80 % Obr 5- Aorfný transforátor ( Zdroj: LITERATÚRA[])