Ηλεκτρικές Μηχανές Ι. Ενότητα 6: Είδη Μετασχηματιστών. Τσιαμήτρος Δημήτριος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε

Transcript

1 Ηλεκτρικές Μηχανές Ι Ενότητα 6: Είδη Μετασχηματιστών Τσιαμήτρος Δημήτριος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί ενότητας Εκμάθηση ειδών μετασχηματιστών και χρήσης αυτών. 4

5 Περιεχόμενα ενότητας Είδη μετασχηματιστών. Χαρακτηριστικά Χρήσεις. Μετασχηματιστές τάσης. Μετασχηματιστές ρεύματος. 5

6 Είδη μετασχηματιστών (1) Μετασχηματιστές (ΜΣ) ισχύος. ΜΣ τάσης. ΜΣ ρεύματος. Οι δύο τελευταίοι είναι μετρητικοί και χρησιμοποιούνται για: 1. Μετασχηματισμό τάσεων και ρευμάτων από μια μεγάλη σε μικρή τιμή κατάλληλη για μέτρηση (υποσταθμοί). 2. Μόνωση του κυκλώματος μέτρησης από το πρωτεύον κύκλωμα (υψηλής τάσης - ΥΤ). 6

7 Είδη μετασχηματιστών (2) 3. Την παροχή δυνατότητας προτυποποίησης των οργάνων μέτρησης. Η κατασκευή τους καθορίζεται από τα πρότυπα IEC Part

8 Είδη μετασχηματιστών (3) Οι ΜΣ οργάνων ή μετρήσεων έχουν τα ίδια ισοδύναμα κυκλώματα που είδαμε ως τώρα. Για παράδειγμα ο ΜΣ τάσης είναι πρακτικά ένας ΜΣ που λειτουργεί με το δευτερεύον του εν κενώ. Ο ΜΣ ρεύματος είναι ένας ΜΣ που λειτουργεί με το δευτερεύον σε βραχυκύκλωμα. Οι ΜΣ τάσης και ρεύματος μετατρέπουν τις τιμές τάσης και ρεύματος των εγκαταστάσεων Μέσης Τάσης (ΜΤ) και ΥΤ (20, 150 και 400 kv) σε μονωμένη ως προς τη γη χαμηλή τάση (400 V). Όλες οι τιμές πολικές. Νέοι ΜΣ τάσης είναι οι χωρητικοί ΜΣ τάσης. 8

9 Χαρακτηριστικά μετασχηματιστών Μεταφορά ισχύος. (1) Η τάση και το ρεύμα τους καθορίζεται από αυτά που ζητά το φορτίο. Φαινόμενη ισχύς διέλευσης S N (VA) στην πλευρά της τροφοδότησης. U 10 είναι η ονομαστική τάση πρωτεύοντος εν κενώ. Ι 1Ν είναι το ονομαστικό ρεύμα στο πρωτεύον με ονομαστικό φορτίο στο δευτερεύον. 9

10 Χαρακτηριστικά μετασχηματιστών (2) Στο δευτερεύον η φαινόμενη ισχύς είναι 2-16 % μικρότερη σε ονομαστικό φορτίο. Άλλο χαρακτηριστικό είναι ο ονομαστικός λόγος των τάσεων U 10 /U 20 στην εν κενώ λειτουργία. Τα ονομαστικά στοιχεία ενός ΜΣ γενικά ορίζονται εκείνα για τα οποία η τάση στο πρωτεύον είναι η ονομαστική και το ρεύμα στο δευτερεύον το ονομαστικό. 10

11 Μετασχηματιστές ισχύος που χρησιμοποιούνται (1) Σε εργοστάσια παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας: ΜΣ της μονάδας ΜΣ ανύψωσης τάσης (Step-up transformer). Έχει ισχύ μεγαλύτερη των 100 MVA. Η μέγιστη ισχύς είναι 1200 MVA, λόγω περιορισμού στη μεταφορά με σιδηρόδρομο. Με πλοίο 2000 ΜVΑ. Σε μεγαλύτερες μονάδες χρησιμοποιούνται τρεις μονοφασικοί ΜΣ. Για Ελλάδα, τυπικά στοιχεία: 350 MVA, 21/400 kv. 11

12 Μετασχηματιστές ισχύος που χρησιμοποιούνται (2) Σε δίκτυα μεταφοράς και διανομής: 400/150 kv, 250 MVA χρησιμοποιούνται Αυτομετασχηματιστές (YT). 150/20 kv, MVA (YT/μέσης τάσης -MT). 20/0,4 kv, kva χρησιμοποιούνται (MT/χαμηλής τάσης -XT). Σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις: Για συγκολλήσεις, εκκίνηση μεγάλων κινητήρων, κτλ.. 12

13 Μετασχηματιστές τάσης (1) Μικρή φαινόμενη ισχύς (2-100 VA). Υψηλή τάση στο πρωτεύον, το οποίο συνδέεται παράλληλα στο δίκτυο (μεταξύ φάσης και γης). Υποβιβασμός τάσης από 400, 150 ή 20 kv σε V για μέτρηση από ένα απλό όργανο. 13

14 Μετασχηματιστές τάσης (2) Πρέπει το όργανο μέτρησης που συνδέεται στο δευτερεύον να έχει μεγαλύτερη σύνθετη αντίσταση από μια χαρακτηριστική τιμή Z o που αναγράφεται στον ΜΣ. Ή να έχει ισχύ μικρότερη από την ονομαστική ισχύ καταπόνησης του ΜΣ: (S N =U 22 /Z o ). Ανάλογα με την εφαρμογή, πρέπει να επιλέγεται διαφορετική ακρίβεια μέτρησης. 14

15 Μετασχηματιστές μετρήσεων Σχήμα 1. Μετασχηματιστές Τάσης, πηγή : «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Ν. Σκραπαρλής, Β. Μολασιώτης, Δ. Τσιαμήτρος. 15

16 Μετασχηματιστές ρεύματος (1) Υψηλή τάση στο πρωτεύον, το οποίο συνδέεται σε σειρά στο δίκτυο. Πρέπει το όργανο μέτρησης που συνδέεται στο δευτερεύον να έχει μικρή σύνθετη αντίσταση. Ουσιαστικά βραχυκυκλωμένο δευτερεύον. Για μέτρηση ρευμάτων πάνω από 500 Α, το πρωτεύον έχει μία μόνο σπείρα. 16

17 Μετασχηματιστές ρεύματος (2) Στο δευτερεύον εμφανίζεται 1-5 Α για ονομαστική φόρτιση ΜΣ. Πρέπει το όργανο να έχει σύνθετη αντίσταση μικρότερό από μία τιμή Zo. Εναλλακτικά η ισχύς να είναι μικρότερη από την ισχύ καταπόνησης. Οι ΜΣ τάσης κινδυνεύουν από βραχυκύκλωμα στο όργανο μέτρησης και οι ΜΣ ρεύματος από ανοιχτό κύκλωμα στο όργανο μέτρησης. 17

18 Μετασχηματιστές ισχύος- σχόλια Σε συνδέσεις τριφασικών ΜΣ σε ΥΤ, το τύλιγμα της ΥΤ συνδέεται σε αστέρα, ώστε η τάση στο τύλιγμα να είναι ρίζα 3 φορές μικρότερη από την πολική τάση. Έτσι απαιτείται λιγότερη μόνωση και ο ουδέτερος μπορεί να γειωθεί. Στη ΧΤ όταν υπάρχουν μεγάλα ρεύματα καλό είναι να γίνεται σύνδεση σε τρίγωνο, ώστε να υπάρχουν μικρότερα ρεύματα στα τυλίγματα. Αν πρόκειται όμως να τροφοδοτηθούν καταναλωτές, πρέπει να υπάρχει ουδέτερος, άρα στη ΧΤ θα πρέπει να υπάρχει σύνδεση αστέρα ή ζιγκ-ζαγκ. Άλλο παράδειγμα: Dyn11. Yzn11. 18

19 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1) Ν. Σκραπαρλής, Β. Μολασιώτης, Δ. Τσιαμήτρος, «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Σύγχρονη Παιδεία. 2) Chapman S., Electrical Machinery Fundamentals, Fourth Edition, McGraw-Hill Inc. 19

20 Τέλος Ενότητας.