EEKTROTEHNKA 6. TROAZN SSTAV ZMJENČNE STRJE zv.prof. dr.sc. Vitomir Komen, dipl.ing. el. EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 1/4
SADRŽAJ: 6.1 vod u trofazni sustav izmjenične struje 6. Trofazni generator izmjenične struje 6. azni i linijski naponi, fazne i linijske struje 6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje 6.5 Snaga trofaznog sustava 6.6 Osnove energetske elektrotehnike EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje /4
6.1 vod u trofazni sustav izmjenične struje 6.1 vod u trofazni sustav izmjenične struje Trofazni sustav izmjenične struje čini sustav triju jednofaznih izmjeničnih struja jednake frekvencije, međusobno vremenski (fazno) pomaknutih za jednu trećinu periode (T/) odnosno za fazni kut od 10. Tri jednofazne izmjenične struje proizvode tri jednofazna sinusna izvora izmjenične struje spojena na odgovarajući način, a elektromotornih sila jednakih amplituda i frekvencije, te međusobno fazno pomaknutih za 10. Tri jednofazna sinusna izvora izmjenične struje koje čine trofazni sustav mogu biti: - tri potpuno neovisna jednofazna izvora neekonomično - trofazni izvori izmjenične struje kao nedjeljiva jedinica - trofazni generator izmjenične struje EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje /4
6.1 vod u trofazni sustav izmjenične struje Trofazni sustav izmjenične struje tri jednofazne izmjenične struje proizvodi trofazni sustav izmjeničnih napona koji se zajednički induciraju u trofaznom generatoru kao izvoru i zajednički se prenose trofaznim prijenosnim vodom do trofaznih ili jednofaznih trošila. EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 4/4
6. Trofazni generator izmjenične struje 6. Trofazni generator izmjenične struje Trofazni (sinkroni) generator izmjenične struje je izvor trofaznog sustava izmjeničnih napona (tri jednofazna izmjenična napona jednake amplitude i frekvencije, međusobno vremenski / fazno pomaknuti za 10 ). Trofazni generator je uređaj (električni stroj) koji na načelu elektromagnetske indukcije pretvara mehaničku energiju u električnu energiju. Načelna izvedba trofaznog generatora izmjenične struje tri jednaka zavoja (namota) na jednoj osovini koji nisu međusobno spojeni a prostorno razmaknuti za 10 međusobno, rotiraju u homogenom magnetskom polju EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 5/4
6. Trofazni generator izmjenične struje Konstrukcija stvarnih trofaznih generatora izmjenične struje: - rotacijski elektromagnetski stroj koji se sastoji od statora i rotora, - stator mirujući dio stroja na kojemu su smještena tri namota u kojima se induciraju naponi - rotor rotirajući dio stroja na kojemu rotira magnetsko polje zajedno s uzbudnim namotom kroz koji teče uzbudna struja EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 6/4
6. Trofazni generator izmjenične struje nducirani naponi u faznim namotima trofaznog generatora: u u u 1 M M M sin t sin sin t 10 t 40 sint 10 M EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 7/4
6. Trofazni generator izmjenične struje Trofazni izvor (generator) izmjeničnog sinusnog napona sastavljen je od tri jednaka izmjenična sinusna izvora napona, međusobno fazno pomaknuta za trećinu periode (10 ). Zbroj triju izmjeničnih sinusnih napona međusobno pomaknutih za 10 uvijek je jednak nuli. u u u 0 1 0 1 Svaki fazni namot trofaznog generatora koji se naziva faza generatora (izvora) predstavlja zaseban izvor izmjeničnog sinusnog napona. Kod trofaznih generatora izmjenične struje tri fazna namota / tri faze generatora su međusobno spojene, i to u ZVJEZDA SOJ ili TROKT SOJ, pa razlikujemo: - trofazni generator spojen u ZVJEZDA SOJ spoj u kojem su zajedno povezani krajevi faznih namota, a zajednička spojna točka svih namota se zove ZVJEZDŠTE generatora. Na početke namota vežu se linije (vodovi) prijenosnog sustava. - trofazni generator spojen u TROKT SOJ spoj u kojem se kraj jednog faznog namota povezuje s početkom drugog faznog namota. inije prijenosnog sustava izlaze iz spojnih točaka. EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 8/4
6. Trofazni generator izmjenične struje EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 9/4
6. Trofazni generator izmjenične struje Trofazna trošila izmjenične struje sastavljena su od tri jednofazna trošila (faze trofaznog trošila) koja mogu biti spojena u ZVJEZD spoj ili TROKT spoj - trofazno trošilo spojeno u zvijezda spoj (zajednička točka svih triju jednofaznih trošila naziva se ZVJEZDŠTE trošila) - trofazno trošilo spojeno u trokut spoj Trofazno trošilo je simetrično ako je impedancija trošila u svakoj fazi jednaka. EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 10/4
6. azni i linijski naponi, fazne i linijske struje 6. azni i linijski naponi, fazne i linijske struje trofaznom izmjeničnom sustavu razlikujemo AZNE NAONE, AZNE STRJE veličine koje se odnose na faze (fazne namote) izvora ili trošila NJSKE NAONE (), NJSKE STRJE () veličine koje se odnose na fazne vodiče između izvora i trošila, kao i na priključne vodiče izvora i trošila Trofazni generator spojen u zvijezda spoj EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 11/4
6. azni i linijski naponi, fazne i linijske struje azni naponi 1,, - naponi na faznim namotima generatora, odnosno naponi između faznih stezaljki 1, i i zvijezdišta generatora O (N) ili neutralnog vodiča N. inijski naponi 1,, - naponi između pojedinih faznih stezaljki 1, i izvora, ili između pojedinih faznih vodiča 1,, prijenosnih vodova. EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 1/4
6. azni i linijski naponi, fazne i linijske struje 1 1 1 inijski naponi u simetričnom trofaznom sustavu spojenom u zvijezda spoj imaju efektivne vrijednosti puta veće od faznih vrijednosti. 1 1 inijske struje u simetričnom trofaznom sustavu spojenom u zvijezda spoj imaju efektivne vrijednosti jednake faznim vrijednostima. EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 1/4
6. azni i linijski naponi, fazne i linijske struje Trofazni generator spojen u trokut spoj EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 14/4
6. azni i linijski naponi, fazne i linijske struje inijski naponi: 1 1 inijski naponi u simetričnom trofaznom sustavu spojenom u trokut jednaki su faznim naponima. inijske struje: 1 1 1 inijske struje u simetričnom trofaznom sustavu spojenom u trokut imaju puta veće vrijednosti od faznih vrijednosti. EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 15/4
6. azni i linijski naponi, fazne i linijske struje Trofazno trošilo spojeno u zvijezda spoj ( ) Trofazno trošilo spojeno u trokut spoj ( ) EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 16/4
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje 6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje a) Nevezani i vezani trofazni sustav Svaki fazni namot trofaznog generatora predstavlja generator (izvor) napona za strujni krug jedne faze sustava na koji se preko vodova može priključiti trošilo (opterećenje). rijenos električne energije sa sva tri međusobno odvojena fazna kruga naziva se nevezani trofazni sustav. Na svaki se fazni namot može priključiti trošilo sa svojom impedancijom. Tako se ostvaruje nevezani trofazni sustav s tri strujna kruga i sa šest potrebnih vodiča. EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 17/4
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje Vežu li se zajedno krajevi namota, V i W neće doći ni do kakve promjene napona i struja po krugovima. ovratni se vodiči mogu sažeti u jedan i njime teče zbroj pojedinih struja i = i 1 + i + i. Tako se postiže i u praksi koristi vezani trofazni sustav u kojem tri jednofazna trošila čine jedno trofazno trošilo. Svako jednofazno trošilo naziva se pritom faza trofaznog trošila. Ako su impedancije jednake (simetrično trošilo), zbroj struja u povratnom vodiču je nula, te se taj vodič može ispustiti bez ikakvih promjena. EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 18/4
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje b) Trofazni sustav izmjenične struje spojen u zvijezda spoj ( ) Ovaj spoj (oznaka Y) nastaje povezivanjem triju namota generatora u zajedničku točku nazvanu zvjezdište ili nul-točka generatora (oznaka N ili 0). Simetričan trofazni sustav spojen u zvijezdu s nulvodičem Jednako tako, pri spoju trošila u zvijezdu sva su trošila jednim krajem priključena na nul-točku trošila. Obje nul-točke (generatora i trošila) označuju se slovom N (ili 0). Obje ove točke međusobno su spojene zajedničkim povratnim vodom kroz koji protječu sve tri struje zajedno (neutralni vodič). EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 19/4
Simetrično opterećenje simetričnom trofaznom sustavu spojenom u zvijezda spoj fazni napon trošila jednak je faznom naponu izvora. Svi fazni naponi imaju jednake efektivne vrijednosti i međusobno su pomaknuti u fazi za 10. inijski su naponi 6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje Z Z Z 1 Z puta veći od faznih napona EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 0/4
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje azne i linijske struje u simetričnom trofaznom sustavu spojenom u zvijezda spoj imaju jednake efektivne vrijednosti Struja u povratnom / neutralnom vodiču pri simetričnom opterećenju jednaka je nuli 1 0 0 1 EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 1/4
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje ri simetričnom opterećenju zbroj struja jednak je ništici i kroz povratni vod ne teče struja. tom je slučaju povratni vod nepotreban i prijenos energije od generatora do trošila može se ostvariti s tri fazna vodiča 1,, koji zajedno čine trofaznu liniju ili trofazni vod. Nesimetrično opterećenje Z1 Z Z distribucijskim mrežama u kojima su na pojedine faze priključena jednofazna trošila, ne može se računati na potpunu simetriju struja, pa je zbroj struja u zvjezdištu manji od struja u faznim vodičima, ali nije jednak ništici. Zato je za rezultirajuću povratnu struju potreban povratni vodič koji povezuje obje točke i zove se neutralni ili nul-vodič N. rijenos električne energije se ostvaruje sa trofaznim vodovima sa četiri vodiča (1,,, N). EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje /4
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje b) Trofazni sustav izmjenične struje spojen u trokut spoj To je drugi spoj triju namota, odnosno triju otpora trošila (oznaka Δ). Namoti generatora spajaju se u trokut tako da se početak namota jedne faze spoji sa svršetkom namota susjedne faze. azni vodiči 1,, priključuju se na namote generatora također u spojnim točkama 1,, koje su u shemi spoja vrhovi trokuta namota, po čemu je spoj i dobio naziv. Otpori trošila na sličan su način spojeni u trokut koji i ovdje čini zatvoreni strujni krug. EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje /4
6.4 Vrste spojeva trofaznih sustava izmjenične struje Simetrično opterećenje Z Z azni i linijski naponi su u simetričnom trofaznom sustavu spojenom u trokut jednaki, dakle imaju jednake efektivne vrijednosti Z Z 1 Efektivne vrijednosti linijskih struja su veće od faznih vrijednosti Nesimetrično opterećenje Z 1 1 1 Z Z puta EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje Kod trofaznog sustava bez povratnog voda zbroj linijskih struja je uvijek jednak nuli, bez obzira u kakvom je spoju trofazno trošilo i radi li se o simetričnom ili nesimetričnom opterećenju 4/4
6.5 Snaga trofaznog sustava 6.5 Snaga trofaznog sustava Općenito: kupna snaga koja se troši na nekom trofaznom elementu / trošilu u trofaznom sustavu izmjenične struje, jednaka je zbroju snaga koje se troše na pojedinim fazama elementa / trošila: S 1 1 W VAr EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 5/4
6/4 EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje EEK kupna snaga: sin cos S zvijezda spoj:, VA VAr sin sin W cos cos S Trošilo spojeno u zvijezda spoj sin cos S trokut spoj:, VA VAr sin sin W cos cos S Trošilo spojeno u trokut spoj sin cos S Simetrično opterećenje elemenata / trošila 1 1, 6.5 Snaga trofaznog sustava
6.5 Snaga trofaznog sustava Djelatna, jalova i prividna snaga na simetričnom trofaznom elementu / trošilu, bez obzira na spoj trošila, računa se na jednak način: S cos sin VA cos sin W VAr EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 7/4
8/4 EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje EEK Nesimetrično opterećenje elemenata / trošila 1 1, Snaga trofaznog elementa / trošila 1 1 S Djelatne snage nesimetričnog trofaznog elementa / trošila Jalove snage nesimetričnog trofaznog elementa / trošila 1 1 1 1 cos cos cos 1 1 1 1 sin sin sin rividna snaga nesimetričnog trofaznog elementa / trošila S kupni faktor snage nesimetričnog trofaznog elementa / trošila S cos 6.5 Snaga trofaznog sustava
6.6 Osnove energetske elektrotehnike 6.6 Osnove energetske elektrotehnike EEKTROENERGETSK SSTAV Elektroenergetski sustav sustav proizvodnje, prijenosa, distribucije i potrošnje električne energije rijenos električne energije Električna energija proizvodi se u električnim generatorima u elektranama. Generatore pokreće vodena energija ili toplinska energija putem turbina. Na temelju snage koja ih pokreće razlikujemo vodne elektrane (hidroelektrane), toplinske elektrane (termoelektrane) s pogonom na ugljen, naftu, plin ili termonuklearnu reakciju, elektrane na vjetar, te solarne elektrane. EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 9/4
6.6 Osnove energetske elektrotehnike Na slici je prikazan sustav prijenosa električne energije proizvedene u elektrani: EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 0/4
6.6 Osnove energetske elektrotehnike Električna energija proizvedena u elektranama se predaje u javnu mrežu preko energetskih transformatora kako bi se transformirala u električnu energiju visokog napona (110-0-400 kv). Električna energija se iz elektrana preko prijenosnih i distribucijskih vodova i transformatorskih stanica prenosi do potrošača, koji su priključeni uglavnom na niskonaponsku mrežu napona 0/400 V. EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 1/4
6.6 Osnove energetske elektrotehnike ENERGETSK TRANSORMATOR Transformator je statički elektromagnetski uređaj koji na načelu elektromagnetske indukcije pretvara izmjenični napon i struju pri istoj frekvenciji u napon i struju najčešće drugih vrijednosti. Rad transformatora osniva se na elektromagnetskom međudjelovanju dvaju ili općenito nekoliko električki međusobno odvojenih namota. Namoti obuhvaćaju jezgru i protjecani su strujom, a izrađuju se od bakrene izolirane žice. Ako se jedan od tih namota spoji na pojnu mrežu (primarni namot), tada se pod utjecajem izmjeničnog magnetskog polja koje stvara taj namot, u drugom (sekundarnom) namotu magnetski spregnutom s prvim inducira elektromotorna sila. Kroz trošilo spojeno na taj drugi namot teče izmjenična struja, pa se energija iz jednog kruga predaje u drugi bez električne (galvanske) veze među krugovima. Zato je smjer protjecanja energije od primarnog namota prema sekundarnom namotu. rema tome, energetski transformatori se rabe za povećanje ili smanjenje izmjeničnog napona i struje. Da bi se između namota ostvarila dobra magnetska veza, namoti se raspoređuju na magnetsku jezgru. Jezgra propušta izmjenični magnetski tok i radi smanjenja gubitaka i struje praznog hoda slaže se od tankih magnetskih limova. EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje /4
6.6 Osnove energetske elektrotehnike rostorni izgled dvonamotnog transformatora prikazan je na slici. EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje /4
6.6 Osnove energetske elektrotehnike Na slici je prikazan izgled transformatora u transformatorskoj stanici. EEKTROTEHNKA :: 6. Trofazni sustav izmjenične struje 4/4