Ηλεκτρικές Μηχανές Βιομηχανικοί Αυτοματισμοί. Τριφασικοί Μετασχηματιστές

Transcript

1 Ουσιαστικά πρόκειται για τρεις μονοφασικούς μετασχηματιστές, στους οποίους συνδέουμε τα άκρα κατάλληλα. Κάθε μονοφασικός μετασχηματιστής μπορεί να έχει το δικό του πυρήνα, ή εναλλακτικά μπορούν και οι τρεις να μοιράζονται τον ίδιο. 1

2 Για να προκύψει ο τριφασικός μετασχηματιστής ενώνο- νται τα τυλίγματα σε κάθε πλευρά (Υψηλή Τάση/Χαμηλή Τάση) με συγκεκριμένο τρόπο Τα τυλίγματα σε κάθε πλευρά μπορούν να συνδεθούν σε: Αστέρα Τρίγωνο Τεθλασμένο Αστέρα (Ζιγκ-Ζαγκ) Συνδεσμολογία αστέρα (Y) I U(u) I T IT = I Δ V V(v) W(w) N(n) V V = T Δ 3 V T Με χαρακτηρίζονται τα μεγέθη (τάσεις/ρεύματα) του δικτύου, ενώ με Τ τα αντίστοιχα των τυλιγμάτων του μετασχηματιστή Πλεονεκτήματα: Τα τυλίγματα έχουν μικρότερη τάση από αυτή του δικτύου Υπάρχει ουδέτερος (άρα και δυνατότητα επιπλέον ασφάλειας) 2

3 Συνδεσμολογία τριγώνου (D) I VT = V Δ V I τ I T I = Δ 3 V T =V Πλεονεκτήματα: Μικρό ρεύμα τυλιγμάτων εν επιτρέπει τη διέλευση κάποιων παρασιτικών τάσεων και ρευμάτων (αρμονικές 3 ης τάξης, ομοπολικές συνιστώσες) Μειονέκτημα: εν έχει ουδέτερο Συνδεσμολογία τεθλασμένου αστέρα (Ζιγκ-Ζαγκ)) (Ζ)( V T /2 I U Ν IT = I Δ 2 VT = VΔ 3 Πλεονεκτήματα: V T /2 ιαθέτει ουδέτερο I Τ εν επιτρέπει τη διέλευση κάποιων παρασιτικών τάσεων και ρευμάτων (αρμονικές 3 ης τάξης, ομοπολικές συνιστώσες) 3

4 Ονοματολογία τριφασικών μετασχηματιστών: A(N)b(n)k Α: Αναφέρεται στη σύνδεση των τυλιγμάτων στην πλευρά της ΥΤ. Οι δυνατές περιπτώσεις είναι: Υ: Σύνδεση τυλιγμάτων κατά αστέρα D: Σύνδεση τυλιγμάτων κατά τρίγωνο Ζ: Σύνδεση τυλιγμάτων κατά ζιγκ-ζαγκ ζαγκ N: Υπάρχει όταν στην πλευρά της ΥΤ υπάρχει ουδέτερος b: Αναφέρεται στη σύνδεση των τυλιγμάτων στην πλευρά της ΥΤ. Οι δυνατές περιπτώσεις είναι: y: Σύνδεση τυλιγμάτων κατά αστέρα d: Σύνδεση τυλιγμάτων κατά τρίγωνο z: Σύνδεση τυλιγμάτων κατά ζιγκ-ζαγκ ζαγκ n: Υπάρχει όταν στην πλευρά της ΧΤ υπάρχει ουδέτερος k: Λόγω της συνδεσμολογίας των τυλιγμάτων κάθε πλευράς στους μετασχηματιστές, τα διανύσματα τάσης της ΧΤ ακολουθούν αυτά της ΥΤ κατά. k30 Παράδειγμα: Οι πιο συνηθισμένοι τύποι μετασχηματιστών στη βιομηχανία είναι οι: Dyn5: Στην πλευρά της ΥΤ τα τυλίγματά του είναι συνδεδεμένα κατά τρίγωνο, στην πλευρά της ΧΤ κατά αστέρα (με ουδέτερο), και τα διανύσματα τάσης της ΧΤ ακολουθούν αυτά της ΥΤ κατά 150. Dyn11: Ίδιες συνδεσμολογίες με τον προηγούμενο, αλλά τα διανύσματα τάσης της ΧΤ ακολουθούν αυτά της ΥΤ κατά

5 Παραλληλισμός μετασχηματιστών Για να πετύχουμε μεγαλύτερες ισχείς διέλευσης μπορούμε να συνδέσουμε δύο μετασχηματιστές παράλληλα μεταξύ τους. Για να γίνει αυτό χωρίς κίνδυνο για τους μετασχηματιστές πρέπει να πληρούνται κάποιες προϋποθέσεις. Θέλουμε: Ομοιόμορφη φόρτιση (να διαρρέονται οι μετασχηματιστές από ρεύματα ανάλογα με το μέγεθός τους) Πρέπει να ισχύει: Ή σχέση μεταξύ των ονομαστικών ισχύων των μετασχηματιστών να είναι μεταξύ 1/3 και 3. Οι ονομαστικές τάσεις και ρυθμίσεις στην πλευρά της ΥΤ να είναι ίσες (με μία ανοχή ±0,05%) Οι ονομαστικές τάσεις βραχυκύκλωσης των μετασχηματιστών να είναι ίσες με ανοχή 10% επί της τάσης βραχυκύκλωσης Οι συνδεσμολογίες και στις δύο πλευρές να είναι ίδιες, και να συνδεθούν οι ανάλογοι ακροδέκτες. Υπό προϋποθέσεις μπορούν να συνδεθούν παράλληλα μετασχηματιστές Dy5 Dy11. Παραλληλισμός μετασχηματιστών Πριν γίνει πλήρης παραλληλισμός πρέπει να ελεγχθεί αν υπάρχουν σφάλματα στη συνδεσμολογία. Συνδέονται οι μετασχηματιστές στην πλευρά της ΥΤ και μετράμε με βολτόμετρα την τάση μεταξύ των ακροδεκτών που θα συνδεθούν μεταξύ τους στην πλευρά της ΧΤ. Η μετρούμενη τάση δεν πρέπει να υπερβαίνει το 0,5% της ονομαστικής τάσης των μετασχηματιστών. 5

6 Εκλογή μετασχηματιστών Τους μετασχηματιστές που θα χρησιμοποιήσουμε σε μία βιομηχανική εγκατάσταση τους επιλέγουμε βάσει κάποιων συγκεκριμένων κανόνων. Εφόσον τροφοδοτείται η εγκατάσταση από το δίκτυο διανομής (20kV) θα χρησιμοποιήσουμε μετασχηματιστές 20/0,4 kv, κατά κανόνα ελαίου, εκτός αν συντρέχουν ειδικές συνθήκες: Μετασχηματιστής ιανομής ελαίου 6

7 Μετασχηματιστής ιανομής ξηρού τύπου Χρησιμοποιείται σε εγκαταστάσεις όπου υπάρχει αυξη- μένος κίνδυνος πυρκαγιάς/έκρηξης (π.χ. σε ορυχεία): Μετασχηματιστής ιανομής ξηρού τύπου 7

8 Εκλογή μετασχηματιστών Εκλογή μετασχηματιστών Η ονομαστική ισχύς του μετασχηματιστή προσδιορίζεται από την προβλεπόμενη ζήτηση ισχύος μετά από 10 χρόνια Ενδέχεται να συμφέρει οικονομικά η αγορά μεγαλύτερου μετασχη- ματιστή λόγω μικρότερων απωλειών χαλκού Σε κάθε περίπτωση πρέπει να γίνει οικονομική σύγκριση για από- σβεση σε περίοδο 20 ετών Κατά κανόνα οι συνδεσμολογίες είναι Dyn5 ή Dyn11. Άλλες συνδεσμολογίες (π.χ. Yzn) πρέπει να εγκριθούν από τη ΕΗ λόγω πιθανής ανάγκης αλλαγής του τρόπου προστασίας. Απαγορεύεται η γείωση του μετασχηματιστή στην πλευρά των 20kV Αντίθετα, ο ουδέτερος στην πλευρά της ΧΤ γειώνεται πάντα. Ο λόγος μετασχηματισμού είναι συνήθως μεταβλητός μέσω μεταγωγέα στην πλευρά των 20kV kv. Αυτό συμβαίνει για να μπορούμε να αντιμετωπίσουμε μικρές διαταραχές στην τάση του δικτύου. Οι τυπικές ονομαστικές ισχείς των μετασχηματιστών ιανομής 20/0,4kV κυμαίνονται μεταξύ 25kVA 1600kVA Ο μετασχηματιστής μπορέι να λειτουργεί στην ονομαστική του φόρτιση για τις εξής συνθήκες: Θερμοκρασία περιβάλλοντος < 40 C Μέση ετήσια θερμοκρασία < 20 C Μέση ημερήσια θερμοκρασία < 30 C Υψόμετρο εγκατάστασης < 1000m Για διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας, η φόρτιση του μετασχημα- τιστή πρέπει να μειωθεί κατά συγκεκριμένους συντελεστές (Βιβλίο Ντοκόπουλου!) 8

9 Προστασία μετασχηματιστών Χρειαζόμαστε προστασία για να αντιμετωπίσουμε: Παρατεταμένα βραχυκυκλώματα μέσα ή έξω από το δοχείο στην πλευρά της ΧΤ ή της ΥΤ ιαρκή υπερφόρτιση Σφάλματα στη μόνωση Προστασία έναντι βραχυκυκλωμάτων πρέπει να γίνεται οπωσδήποτε, επειδή διαφορετικά υπάρχει κίνδυνος έκρηξης ή πυρκαγιάς Προστασία έναντι διαρκούς υπερφόρτισης ή σφαλμάτων στη μόνωση γίνεται λόγω κόστους συνήθως σε μεγάλους ΜΣ Εξέλιξη των φαινομένων: Ουσιαστικά το πρόβλημά μας είναι πάντα η συσσώρευση θερμότητας. Αν σε οποιοδήποτε σημείο υπάρχει ανάπτυξη θερμότητας με ρυθμό μεγαλύτερο από το ρυθμό απαγωγής της με τις μεθόδους ψύξης, τότε η θερμότητα αυτή θα συνεχίσει να συσσωρεύεται μέχρι να δημιουργήσει πυρκαγιά, ή ακόμα και έκρηξη, αν ο ρυθμός συσσώρευσης είναι πολύ μεγάλος (βραχυκύκλωμα) Προστασία μετασχηματιστών Προστασία σε βραχυκυκλώματα: Οι ΜΣ αντέχουν χωρίς βλάβες σε ρεύματα βραχυκυκλωμάτων για 2-4sec, ακόμα και αν το βραχυκύκλωμα γίνει στο δευτερεύον, όπου θα αναπτυχθούν ρεύματα φορές μεγαλύτερα του ονομαστικού Προστασία: Ασφάλειες σκόνης ( ΕΝ προστατεύουν σε συνεχή υπερφόρτιση, γιατί το ελάχιστο ρεύμα που θα τις λιώσει είναι 2,5-3 φορές το ονομαστικό τους) ιακόπτες Ισχύος 9

10 Ασφάλειες σκόνης ΜΤ Προτιμούνται έναντι των διακοπτών ισχύος για την προστασία σε βραχυκυκλώματα, επειδή περιορίζουν το ρεύμα βραχυκύκλωσης και είναι φθηνότερες Η θερμότητα που θα εκλυθεί στο βραχυκύκλωμα θα λιώσει το τηκτό, το οποίο αντιδρώντας με τη σκόνη χαλαζία θα δημιουργήσει ένα στερεό σώμα μεγάλης αντίστασης. Αυτό θα μειώσει τελικά το ρεύμα βραχυκύκλωσης Οι ασφάλειες σκόνης ΕΝ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απόζευξη φορτίων, οπότε συνδυάζονται με διακόπτες φορτίου Δείκτης λειτουργίας Κύλινδρος πορσελάνης Σκόνη χαλαζία Κεραμικός κύλινδρος Τηκτό (κράμα αργύρου) Κεφαλή ιακόπτες Ισχύος Είναι πιο ακριβοί από τις ασφάλειες σκόνης, αλλά μπορούν να συνδυαστούν με άλλα μέσα προστασίας (π.χ. διακόπτες Buchholz) Μπορούν να ρυθμιστούν πιο εύκολα, ώστε να συνεργάζονται με τους ηλεκτρονόμους της ΕΗ. 10

11 Προστασία σε συνεχή υπερφόρτιση Θερμόμετρα λαδιού Για την ψύξη και τη μόνωση των μετασχηματιστών διανομής χρησιμοποιείται συνήθως λάδι. Οι μετασχηματιστές βρίσκονται ουσιαστικά σε ένα μεγάλο κιβώτιο που είναι γεμάτο με λάδι. Για προστασία λοιπόν προστίθενται θερμόμετρα που παρακολουθούν τη θερμοκρασία του ανώτερου στρώματος λαδιού (πρέπει να είναι <100 C). ). Συνήθως υπάρχει σήμανση κινδύνου, π.χ. στους 80 C, και άμεση απόζευξη του μετασχηματιστή, π.χ. στους 95 C. Θερμίστορες Πρόκειται για ειδικούς αγωγούς που εμφυτεύονται στα τυλίγματα των μετασχηματιστών. Η αντίστασή τους μπορεί να αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας (θερμοί αγωγοί) ή να μειώνεται με αυτήν (ψυχροί αγωγοί). Χρησιμοποιούνται για σήμανση απόζευξη σε συνεργασία με έναν ηλεκτρονόμο. Ηλεκτρονόμος Buchholz Φλοτεροδιακόπτης σήμανσης: Αν αυξηθεί η θερμοκρασία θα αναπτυχθούν αέρια που θα οδηγήσουν σε μείωση της στάθμης του λαδιού και κλείσιμο του διακόπτη οχείο διαστολής Σε περίπτωση βραχυκυκλώματος θα υπάρξει απότομη ροή λαδιού, που θα κινήσει αυτήν την πλάκα και θα αποξέυξει τον ΜΣ Κιβώτιο μετασχηματιστή Φλοτεροδιακόπτης απόζευξης: Αν υπάρξει απώλεια λαδιού και η στάθμη φτάσει μέχρι αυτό το σημείο, ο μετασχηματιστής θα αποζευχθεί 11

12 Ηλεκτρονόμος Buchholz Προστασία απέναντι σε: Σφάλματα μόνωσης Βραχυκυκλώματα ιαρροή λαδιού Λόγω αυξημένου κόστους χρησιμοποιείται μόνο σε μεγάλους μετασχηματιστές (>630kVA kva) Προσοχή χρειάζεται σε σεισμόπληκτες περιοχές, όπου πρέπει να χρησιμοποιούνται διακόπτες που να μη διεγείρονται από τους σεισμούς 12