Είδη Μετασχηματιστών. Μετασχηματιστές Ισχύος: Μετασχηματιστές οργάνων ή μέτρησης Μετασχηματιστές τάσης Μετασχηματιστές έντασης

Transcript

1 Είδη Μετασχηματιστών Οι μετασχηματιστές που χρησιμοποιούνται στα Συστήματα Ηλεκτρι- κής Ενέργειας χωρίζονται στις εξής κατηγορίες: Μετασχηματιστές Ισχύος Μετασχηματιστές οργάνων ή μέτρησης Μετασχηματιστές τάσης Μετασχηματιστές έντασης Μετασχηματιστές Ισχύος: Χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά ηλεκτρικής ισχύος, όπου χρειάζεται αλλαγή του επιπέδου τάσης. Προσδιορίζονται από το λόγο των τάσεων και την ονομαστική ισχύ τους, η οποία είναι πάντα η ισχύς διέλευσης (η ισχύς που μπορούν να μεταφέρουν ονομαστικά) 1 Είδη Μετασχηματιστών Ανάλογα με τη χρήση τους, οι μετασχηματιστές ισχύος διακρίνονται σε: Μετασχηματιστές γεννητριών ή ανύψωσης τάσης Μετασχηματιστές μεταφοράς ή διανομής Μετασχηματιστές βιομηχανικών εγκαταστάσεων Μετασχηματιστές γεννητριών ή ανύψωσης τάσης: Συνήθως 21k/400k (ενίοτε( και 150k). Χρησιμοποιούνται μεμονωμένα για κάθε γεννήτρια. Η ονομαστικής ισχύς τους είναι συνήθως ίση με την αντίστοιχη της γεννήτριας. Το μέγιστο περιορίζεται σε 1200 MA ή 2000 MA για λόγους μεταφοράς. Για μεγαλύτερες ισχείς χρησιμοποιούνται τρεις μονοφασικοί μετασχηματιστές. Στην Ελλάδα συνήθεις τιμές ισχύος γύρω στα 300 MA. 2 1

2 Είδη Μετασχηματιστών Μετασχηματιστές μεταφοράς ή διανομής: Χρησιμοποιούνται στα δίκτυα μεταφοράς (150k/400k) και διανομής (20k). Στο δίκτυο μεταφοράς έχουμε συνήθως αυτομετασχηματιστές 400k/150k 250 MA. Για υποβιβασμό της τάσης στο επίπεδο διανομής χρησιμοποιούνται συνήθως 150k/20k MA. Τέλος, στο δίκτυο διανομής 20k/0,4k ka. Μετασχηματιστές βιομηχανικών εγκαταστάσεων: Για ειδικές εφαρμογές (πχ μεγάλους κινητήρες, μηχανές κλπ). Τιμές τάσεων και ισχύος κατά περίσταση. 3 Κατηγορίες Μετασχηματιστών Ισχύος Αυτομετασχηματιστής Ένα τύλιγμα Ενδιάμεση λήψη 400 k 130 k 0 k 4 2

3 Κατηγορίες Μετασχηματιστών Ισχύος Μετασχηματιστής δύο τυλιγμάτων 20 k Κατηγορίες Μετασχηματιστών Ισχύος Μετασχηματιστής τριών τυλιγμάτων 150 k 20 k

4 Πρόκειται για μετασχηματιστές ισχύος με ένα τύλιγμα Το τύλιγμα Χαμηλής Τάσης (ΧΤ) είναι ουσιαστικά ένα μέρος του τυλίγματος της Υψηλής Τάσης (ΥΤ). Το τύλιγμα αυτό ονομάζεται κοινό τύλιγμα Το υπόλοιπο μέρος του τυλίγματος ΥΤ ονομάζεται τύλιγμα σειράς είκτες: : Πλευρά ΧΤ Η: Πλευρά ΥΤ : Τύλιγμα σειράς : Κοινό τύλιγμα 7 Για έναν οποιονδήποτε μετασχηματιστή ισχύουν οι εξής σχέσεις μεταξύ των μεγεθών του πρωτεύοντος τυλίγματος (P) και του δευτερεύοντος τυλίγματος (): P P P P όπου P ο αριθμός σπειρών του πρωτεύοντος και ο αριθμός σπειρών του δευτερεύοντος Οι ίδιες σχέσεις ισχύουν και για τα τυλίγματα του αυτομετασχηματι- στη ως εξής: 8 4

5 Για τις τάσεις στους ακροδέκτες είναι: οπότε από τη δεύτερη σχέση προκύπτει τελικά λόγω των σχέσεων της προηγούμενης διαφάνειας: Και επειδή : Τελικά δηλαδή για τις τάσεις μεταξύ ακροδεκτών ισχύει: Για τα αντίστοιχα ρεύματα ισχύει: και επειδή :

6 Είναι όμως: οπότε τελικά: + + Για τα ρεύματα των ακροδεκτών ισχύει δηλαδή: + 11 Μεταξύ τάσεων και ρευμάτων θα ισχύει λοιπόν: in out O όπου η φαινόμενη ισχύς εισόδου του μετασχηματιστή, και in η φαινόμενη ισχύς εξόδου του. Η σχέση in out O ισχύει προσεγγιστικά για κάθε μετασχη- ματιστή (δείχνοντας ότι σχεδόν όλη η ισχύς εισόδου μεταφέρεται στην έξοδο, ενώ οι απώλειες του μετασχηματιστή είναι πολύ μικρές) Επίσης για κάθε μετασχηματιστή ισχύει προσεγγιστικά η σχέση: P P W δηλαδή η φαινόμενη ισχύς που διέρχεται από το ένα τύλιγμα (πρωτεύον) είναι ίση με αυτή που διέρχεται από το άλλο (δευτερεύον) out 12 6

7 Για ένα συμβατικό μετασχηματιστή ισχύει προφανώς: Για τον αυτομετασχηματιστή η ισότητα των ισχύων που διέρχονται από τα δύο τυλίγματα εκφράζεται ως: Είναι όμως O W W και ( ), οπότε: W Επίσης ισχύει: + 13 Θα είναι λοιπόν: και επειδή: τελικά θα είναι: W + + O + O W Αυτό είναι και το κυριότερο πλεονέκτημα των αυτομετασχηματιστών. Εμείς προδιαγράφουμε τους μετασχηματιστές ανάλογα με την ισχύ εισόδου-εξόδου εξόδου τους ( O ). Στην περίπτωση του αυτομετασχηματι- στή λοιπόν, για συγκεκριμένη ισχύ O, η ισχύς των τυλιγμάτων W θα είναι μικρότερη από την αντίστοιχη ενός συμβατικού μετασχημα- τιστή, οπότε αντίστοιχα θα είναι μικρότερα και ο όγκος, καθώς και το κόστος. 14 7

8 Παράδειγμα: Θέλουμε ένα μετασχηματιστή, ο οποίος να μεταφέρει φαινόμενη ισχύ 5000 ka, με ονομαστικές τάσεις P 110 k και. 138k 5000 ka Έχουμε λοιπόν O Αν χρησιμοποιήσουμε συμβατικό μετασχηματιστή, τότε αυτός θα πρέπει να υπολογιστεί για ισχύ τυλιγμάτων: 5000 ka W O Αντίστοιχα, αν χρησιμοποιήσουμε αυτομετασχηματιστή, τότε θα έχουμε: W O + 15 Παράδειγμα Είναι όμως: Οπότε: Και τελικά: 28 W ka

9 Παράδειγμα Είναι προφανές λοιπόν το κέρδος που προκύπτει από τη χρήση του αυτομετασχηματιστή. ΠΡΟΣΟΧΗ: αυτό το κέρδος υφίσταται μόνο όταν οι τάσεις μετασχηματισμού βρίσκονται κοντά μεταξύ τους. Παρατήρηση: Οι αυτομετασχηματιστές έχουν ένα τύλιγμα, οπότε ουσιαστικά και μία ενιαία μόνωση. Αυτό δεν ισχύει και για τους συμβατικούς μετασχηματιστές, καθώς στην περίπτωσή τους κάθε τύλιγμα έχει τη δική του μόνωση, ανάλογα με την ονομαστική του τάση. εν μπορούμε λοιπόν να χρησιμοποιήσουμε συμβατικούς μετασχη- ματιστές ως αυτομετασχηματιστές, καθώς στην περίπτωση αυτή η μόνωση της ΧΤ δε θα αντέξει! Επιπλέον μειονέκτημα αυτομετασχηματιστών: εν παρέχουν γαλβανική απομόνωση (στους συμβατικούς μετασχηματιστές δεν υπάρχει απευθείας σύνδεση πρωτεύοντος με το δευτερεύον) 17 9