Proč je potřeba napětí naprázdno?

Transformátory jsou zařízení určená ke zvýšení a snížení střídavého napětí. V tomto případě se frekvence proudu nemění, stejně jako se prakticky nemění jeho výkonové charakteristiky. Ať už se jedná o jakýkoli transformátor (podle různých kritérií je lze rozdělit do několika skupin), má řadu podobných vlastností, kterým je třeba věnovat zvláštní pozornost nejen při provozu, ale také při kontrole funkčnosti zařízení.

Transformátory a jejich provozní režimy

Provoz všech transformátorových zařízení, a existuje asi tucet různých typů, může odpovídat jednomu ze tří hlavních režimů:

• Volnoběh.
• Zkrat.
• Režim zatížení.

Jedním z nejdůležitějších režimů je klidový provoz transformátoru, protože právě na základě informativních ukazatelů experimentů klidového provozu se provádí důkladná analýza kteréhokoli z jejich režimů. To také vyžaduje ekvivalentní parametry obvodu.

Jak určit transformační poměr a další parametry? ↑

Co je „transformátor bez zatížení“? Ve skutečnosti se jedná o speciální režim provozu zařízení, jehož podmínkou je, že sekundární vinutí je otevřené a primární vinutí má jmenovité napětí. V tomto stavu, při provádění řady výpočtů, je možné určit přesné parametry řady indikátorů, například pro transformátorová zařízení běžného jednofázového typu se počítají:

• transformační poměr;
• aktivní, celkový, indukční odpor magnetizační větve;
• účiník, procentuální proud a měření naprázdno.

Algoritmus pro měření volnoběžných otáček vypadá takto:

• Proud, který byl přiveden do primárního vinutí, se měří pomocí měřicích přístrojů, které jsou součástí společného obvodu.
• Sekundární vinutí na voltmetru se uzavře. Odpor by měl mít takovou hodnotu, aby se hodnota proudu sekundárního vinutí blížila minimální značce.
• Velikost proudu naprázdno v primárním vinutí je minimální vzhledem ke jmenovité hodnotě ve srovnání s přiloženým napětím, které vyrovnává elektromotorickou sílu primárního vinutí. A oba tyto ukazatele se mírně liší, to znamená, že hodnotu průběhu elektromotorické síly v primárním vinutí lze určit z údajů voltmetru.

Nejpřesnější požadované hodnoty lze získat použitím vinutí různých napětí – nízké a vysoké. Přesnost takových měření bude určena rozdílem hodnot mezi nimi.

Příčiny a důsledky ztrát naprázdno transformátoru ↑

Ztráty naprázdno v transformátorových zařízeních jakéhokoli typu jsou důsledkem opotřebení zařízení. Časem jejich magnetický systém a struktura použitého kovu stárne a mění se, mezivrstvová izolace se zhoršuje a komprese jádra slábne. To samozřejmě negativně ovlivňuje úroveň ztrát elektřiny.
Praxe ukazuje, že navzdory zavedeným normám, podle kterých se ztráty mohou lišit od továrních ukazatelů maximálně o pět procent, v mnoha případech překračují hranici padesáti procent. To platí zejména pro výkonové transformátory. Naměřená data z tohoto typu zařízení umožňují poměrně přesně předpovídat energetické ztráty v každé jednotlivé obci.

Inženýrské centrum ProfEnergia disponuje všemi potřebnými nástroji pro kvalitní údržbu trafostanic, sehraným týmem profesionálů a licencemi, které opravňují k provádění všech potřebných zkoušek a měření. Volbou elektrolaboratoře ProfEnergia si vybíráte spolehlivý a kvalitní provoz vašeho zařízení!

Pokud si chcete objednat servis pro trafostanice nebo se na něco zeptat, volejte: +7 (495) 181-50-34.

Jak měřit ztráty transformátoru naprázdno? ↑

Základní principy měření ztrát naprázdno všech typů transformátorových zařízení jsou předepsány v GOST.
Hlavním důvodem chybných výsledků získaných během měření lze nazvat nízkou přesnost měřicích zařízení a nesprávné činnosti měřičů, jakož i nesoulad s nezbytnými podmínkami pro provádění měření.
Aby nedocházelo k odchylkám, které ovlivňují předpovědi a úpravy podmínek a intenzity provozu zařízení, vyplatí se nejprve vypracovat, dohodnout s výrobcem a schválit metodu měření ztrát v tomto režimu.

Plynulé nastavení svařovacího transformátoru ↑

Účinnost zařízení přímo závisí na takovém jevu, jako je elektromagnetická indukce. Jaký je režim naprázdno svařovacího transformátoru? Připomeňme, že tento režim nastane, když je sekundární vinutí otevřeno v okamžiku, kdy je připojeno primární vinutí s proudem I1. Střídavé napětí je v tomto případě rovno U1.

Proud protékající primárním vinutím simuluje magnetický tok s proměnnými charakteristikami, indukující střídavé napětí U2, které se objevuje v sekundárním vinutí. A protože jeho obvod je v otevřeném stavu, má proud I2 nulovou hodnotu. To znamená, že v sekundárním okruhu nedochází k žádné spotřebě energie. Za těchto podmínek sekundární napětí, které se vyskytuje v komentovaném režimu, dosahuje špičkových hodnot. Tato hodnota je napětí naprázdno.

Princip činnosti takových zařízení je založen na konverzi standardního síťového napětí. Tato norma se promítá do napětí naprázdno s přibližným rozsahem 60 až 80 V.

Všechny parametry a jejich vztahy ovlivňují úroveň a plynulost úpravy. To lze provést dvěma způsoby: změnou hodnoty buď indukční reaktance nebo napětí naprázdno.

V prvním případě, který je častější a oblíbenější, se svařovací proud nastavuje plynuleji. Dávají přednost použití druhého jako alternativy.
Hladkost dvourozsahového řízení proudu během provozu svařovacího transformátoru hraje důležitou roli, protože umožňuje výrazně snížit ukazatele hmotnosti a také výrazně zmenšit velikost zařízení. Je možné získat široký rozsah vysokých proudů paralelním zapojením cívek primárního i sekundárního vinutí ve dvojicích, ale pro získání rozsahu proudů s nízkým výkonem je nutné je zapojit v sériovém režimu.

Uvažujme provozní režim transformátoru naprázdno. Definujme proud a výkon naprázdno pomocí vzorců a vektorových diagramů. Popíšeme, co je třeba vzít v úvahu při provádění testu naprázdno.

Režim bez zatížení transformátoru — provozní režim, kdy je jedno vinutí napájeno ze zdroje se střídavým napětím a ostatní vinutí nejsou uzavřena vůči vnějším obvodům (GOST 16110-82).

V tomto režimu musí být napájecí napětí jmenovité frekvence, sinusové a symetrické. Během experimentu je na sekundární vinutí přivedeno napětí s otevřeným primárním. Zbytek vinutí, do kterého je přiváděno napětí, musí být otevřený.

Vektorové schéma obvodu bez zátěže transformátoru

Transformátorový proud naprázdno

Diagram ukazuje, že proud naprázdno Io se skládá z aktivní a jalové složky a je roven jejich geometrickému součtu. Nebo:

Aktivní součástka je určena ztrátami naprázdno a dodávaným napětím.

Reaktivní složka se shoduje ve směru s magnetickým tokem a nazývá se magnetizační proud. Tato součástka budí magnetický tok v magnetickém obvodu výkonového transformátoru.

Aktivní složku lze zanedbat, protože magnetizační proud je řádově větší. Úhel φ0 se blíží 90 stupňům a při pohledu na vektorový diagram můžeme odvodit hodnotu složek proudu naprázdno:

Můžeme tedy předpokládat, že proud naprázdno je roven magnetizačnímu proudu transformátoru.

Uvažujme, za co je zodpovědný proud transformátoru naprázdno, pokud jde o hardware. Zde je vzorec pro jednofázový transformátor:

Velikost proudu závisí na indukci v konstrukčních částech, po kterých se magnetické pole pohybuje (tyče, třmeny a vrstvené spoje) a počtu závitů vinutí, na které je přivedeno napětí. Během experimentu je na sekundární vinutí přivedeno napětí.

Na základě výše uvedeného vzorce, pokud se Io podle výsledků testu ukáže jako zvýšený, pak lze proud naprázdno transformátoru použít k diagnostice:

• strukturální vady
• zvětšené rozměry spojů magnetických obvodů
• zvýšení indukce kvůli nedostatku elektrické oceli
• nesoulad mezi charakteristikami třídy oceli a vypočtenými hodnotami, pokud je například použita třída oceli s horšími charakteristikami.
• Také přebytek proudu naprázdno může indikovat nesprávný počet závitů vinutí, ale to lze zkontrolovat měřením transformačního poměru.

Ztráty transformátoru naprázdno

Činný výkon spotřebovaný při chodu naprázdno se skládá ze dvou složek: ztrát v oceli magnetického obvodu a ztrát ve vinutí, na které je přivedeno napětí.

P_o=P_umění. +Io2р

P_o=P_umění. +3Io2rf

Tepelné ztráty ve vinutí lze také zanedbat, vzhledem k tomu, že ztráty v oceli jsou řádově větší. A proto jsou ztráty naprázdno definovány jako ztráty v oceli magnetického obvodu transformátoru.

Pokud jde o diagnostické problémy založené na výsledcích testů, jsou možné následující možnosti. Zvažte vzorec:

Po=pс*Gс + strя *Gя

Ztráty naprázdno se skládají ze dvou složek:

pс , strя – měrné ztráty ve W na kg hmotnosti při určité indukci a dané frekvenci

Gс , Gя – hmotnost aktivní oceli v tyčích a třmenech s magnetickým jádrem

Ztráty transformátoru naprázdno pomohou určit:

• zkraty v elektrotechnických ocelových plechách v důsledku špatné izolace a lisovacích otřepů
• zkraty paralelních vodičů vinutí (bez výrazné změny proudu XX)
• paralelní zapojení jednotlivých sekcí vinutí s různým počtem závitů.

Zkušenosti s transformátorem bez zatížení

Experiment transformátoru XX se provádí za účelem stanovení ztrát a proudu naprázdno, na základě jejichž hodnot je možné diagnostikovat vady transformátoru.

Experimentální obvody xx transformátoru – obvykle je do sekundárního vinutí přiváděno jmenovité sinusové napětí s otevřeným primárním vinutím. Napětí musí být symetrické napříč fázemi.

Krátká odbočka, než si přečtete výňatky z GOST a ze zkušebních norem pro elektrická zařízení. Moderní servisní technici používají komplexní zařízení, jako je řada CA. To samé CA540.

V každém případě je na místě nutné připojit konce měřicích přístrojů na svorky transformátoru. A pokud někdy můžete dosáhnout vstupů rukama, pak v některých případech musíte objednat jeřáb od zástupce zákazníka. Obecně, na rozdíl od testování generátorů, inženýři transformátorů pracují ve výškách s pásy a krásnými výhledy z kolébky.

No, ti, kteří nemají SA, měří staromódním způsobem pomocí ukazovátek. Literatura popisuje metody využívající wattmetry, ampérmetry a voltmetry. Komplexní moderní řešení umožňují ušetřit čas jak při dodání, tak při nasazení měřícího obvodu. No a pro lepší pochopení doporučuji přečíst si seznam referencí na konci článku.

Výňatky z GOST 3484.1-88

• Před testováním by měla být změřena pevnost izolace.
• Neutrální svorka vinutí transformátoru je uzemněna, pokud je její izolace nižší než izolace svorky vedení
• Přípustná odchylka dodávaného napětí ±0,5 %; frekvence ±1 %
• Dodávané napětí je určeno jako aritmetický průměr tří síťových napětí měřených efektivními voltmetry
• Proud naprázdno je určen jako aritmetický průměr hodnot proudu tří fází
• Obvod pro připojení vinutí do „trojúhelníku“ musí být během experimentu sestaven (není povoleno rozepínání „trojúhelníku“) a kompenzační vinutí (KO) jednofázového transformátoru musí být připojeno k vinutí NN.
• Křivku napětí lze považovat za prakticky sinusovou, pokud se poměr efektivní hodnoty napětí k průměru neliší od 1,11 o více než ±2 %. Pokud se poměr efektivní hodnoty napětí k průměru liší v experimentu od 1,11 o více než ± 2 %, pak se provede korekce na nesinusový tvar křivky.
• Měření ztrát a proudu naprázdno při přejímacích zkouškách transformátorů by mělo být provedeno minimálně v pěti bodech v rozsahu napětí od 80 do 110 % jmenovitého napětí, včetně jmenovitého napětí napájeného vinutí transformátoru.
• Při testování chodu naprázdno třívinutých transformátorů s vinutími různých výkonů se proud naprázdno určuje jako procento proudu buzeného vinutí, snížené na jmenovitý výkon transformátoru a v autotransformátorech – na propustnost moc.
• Přiložené napětí se upraví tak, aby se jeho průměrná hodnota, měřená průměrným voltmetrem, rovnala efektivní hodnotě jmenovitého napětí dělené 1,11, a současně se měří proud, ztráta naprázdno a efektivní hodnota přiloženého napětí. . Vstupní napětí se poté změní tak, aby se efektivní hodnota rovnala jmenovitému napětí, a znovu se změří proud naprázdno.

Normy pro měření ztrát naprázdno (STP 33243.20.366-16)

• Měření se provádějí na transformátorech o výkonu 1000 kVA nebo více při napětí přiváděném do nízkonapěťového vinutí rovném napětí uvedenému v protokolu o tovární zkoušce (pasu). U třífázových transformátorů se ztráty naprázdno měří s jednofázovým buzením podle schémat používaných výrobcem.
• U třífázových transformátorů by se při uvádění do provozu a generální opravě neměl poměr ztrát v různých fázích lišit od poměrů uvedených v protokolu o tovární zkoušce (pasu) o více než 5 %.
• U jednofázových transformátorů by při uvedení do provozu neměl rozdíl mezi naměřenými hodnotami ztrát a původními hodnotami překročit 10 %. Rozdíl mezi naměřenými hodnotami a původními údaji za provozu by neměl překročit 30 % a ztrátový poměr by neměl přesáhnout 10 %.
• Pokud byly před těmito měřeními prováděny práce související s průtokem stejnosměrného proudu vinutím nebo transformátorem, protékal asymetrický zkratový proud, pak je před prováděním měření při nízkém napětí nutné odstranit zbytkovou magnetizaci magnetického systém transformátoru. Je povoleno neprovádět demagnetizaci, pokud se ztrátové poměry neliší o více než 5% ve srovnání s předchozími.

Reference:

• GOST 3484.1-88
• E.A. Kaganovich – Testování transformátorů nízkého a středního výkonu, 1959
• G.V. Aleksenko – Testování vysokonapěťových a výkonných transformátorů a autotransformátorů, 1962
• STP 33243.20.366-16
• G.V. Aleksenko – Testování výkonných transformátorů a reaktorů, 1978
• K.K. Chernev – Výkonné transformátory, 1972

2024 Elektroblog — blog elektrotechnického dopisu autorovi stránek