1.1 Paralelní spolupráce transformátorů stejného nebo rozdílného výkonu Cíle kapitoly: Cílem úlohy je ověřit teoretické znalosti při provozu dvou a více transformátorů paralelně. Dalším úkolem bude změřit transformátory naprázdno a nakrátko, abychom určili jejich uk a i0. 1.1.1 Úvod a rozbor úlohy Paralelní chod dvou nebo více transformátorů nastává, jestliže jsou transformátory paralelně spojeny na obou stranách vyššího i nižšího napětí. Schéma takového zapojení je na Obr. 1.1.
Obr. 1.1: Schéma cyklického propojení dvou transformátorů nestejných hodinových úhlů Pro paralelní zapojení musí být splněno několik následujících kritérií: 1. stejný sled fází 2. stejný fázový posun výstupního napětí vzhledem ke vstupnímu, tj. stejné hodinové číslo 3. stejný převodový poměr 4. stejné napětí nakrátko 5. poměr výkonů paralelní spolupráce menší než 3,2:1 Podmínky číslo 1. a 2. musí být splněny vždy. Jinak dojde ke zkratu. Proto je nutné zkontrolovat, jestli před zapnutím transformátoru není mezi jeho kontakty již napětí. Podmínka 3. musí být splněna velmi přesně, jinak hrozí vznik vyrovnávacích proudů, které neúměrně zatíží pracující transformátory. Jestliže by byla odchylka napětí např. 0,5 % při obou napětích nakrátko 5 % (omezeno impedancí vlastních transformátorů), pak vyrovnávací proud bude:
Iv =
0, 005 = 0, 05 0,1
(1)
tedy 5 % jmenovitého proudu. Proto maximální odchylka napětí nesmí být větší než několik setin až desetin procenta. Podmínka 4. stejných napětí nakrátko je způsobena opět vznikem vyrovnávacích proudů. Vyrobit přesně dva stejné transformátory, které mají i dvě napětí nakrátko shodná je velmi obtížné z důvodu výrobních tolerancí. Napětí nakrátko je pouze vyjádření vnitřní impedance transformátoru. Většinou je r u poměr k = R stejný pro všechny paralelně pracující transformátory, proto lze v dalších xk u x úvahách pracovat pouze s absolutní hodnotou uk. Protože jednotlivá napětí nakrátko jsou vztažena obecně na různé jmenovité impedance, nejsou přímo souměřitelná a pro použití se musí přepočítat na jednotnou libovolnou impedanci. Jestliže jmenovitá impedance je podílem jmenovitého napětí (na jedné straně pro všechny transformátory stejná) a jmenovitého proudu, pak poměrná veličina úměrná velikosti proudu bude: zi =
zi zi I ni = zni U n
(2)
Chceme-li přepočítat impedanci zi z hodnoty příslušné proudu Ini na hodnotu z0i příslušnou proudu In0, píšeme: z 0 i = zi
In0 S = zi n 0 I ni S ni
(3)
Protože při konstantním napětí jsou proudy úměrné zdánlivým výkonům, můžeme vyšetřit přepočtenou veličinu násobením původní, a to poměrem výkonu Sn0 ke štítkovému Sni dotyčného transformátoru. Přepočtená napětí:
uk 1
Sn0 S S S , uk 1 n 0 , …, uki n 0 , …, ukm n 0 S n1 Sn 2 S ni S nm
(4)
Že jde o paralelní zapojení transformátorů, můžeme napsat: S1 : S 2 : S3 : … : S m =
S n1 S n 2 S n 3 S : : : … : nm uk 1 uk 2 uk 3 ukm
(5)
Dále platí, že smí být maximálně Sn = Sn1. Podmínka 5 stanoví, že poměr jmenovitých výkonů nemá být větší než 3,2. Při větším poměru totiž menší transformátor znamená již malý přínos výkonu, takže není důvod ho již nasazovat. Samozřejmě tato podmínka nemusí být nezbytně splněna (stejně jako podmínka 4), když je k tomu zvláštní důvod. Jsou-li transformátory určené k paralelnímu chodu, jsou jejich
štítky označeny různými hodinovými čísly. Jsou-li však ostatní podmínky paralelního chodu splněny, lze v některých případech uskutečnit paralelní chod po náležitém přepojení svorek. Podle možností paralelního spojení je možno transformátory rozdělit do tří hlavních skupin s těmito hodinovými čísly: Hlavní skupina I: 0, 4, 8 Hlavní skupina II: 2, 6, 10 Hlavní skupina III: 1,3, 5, 7, 9, 11 Paralelně lze spojit pouze transformátory z též skupiny. Transformátory s lichými čísly lze spojit cyklickou záměnou svorek na straně vyššího napětí (nebo na straně nižšího napětí), jedná-li se o natočení čtyř hodin (1 a 5 nebo 7a 11). Nebo lze využít záměnu dvou svorek na straně vyššího napětí a dvou svorek na straně nižšího napětí, liší-li se hodinová čísla o 2, 6 a 10 hodin. Transformátory se sudými hodinovými čísly lze spolu spojit jen cyklickou záměnou svorek vyššího napětí nebo na straně nižšího napětí.
Obr. 1.2: Použité transformátory 1100 VA a 2300 VA 1.1.2 Úkol měření Úkolem je stanovit, jak se budou chovat transformátory při různé konfiguraci. Vždy je nutné si změřit a určit napětí nakrátko a proud naprázdno. Následně zjistit zapojení jednotlivých transformátorů, aby byly dodrženy body 1. až 5. Následně můžeme dle ampérmetrů zjistit vyrovnávací proudy (jsou-li nějaké). Pro příklad lze zaměnit hodinový úhel a pomocí cyklického uspořádání fází opět uvést systém do rovnováhy. Výstupem budou změřené hodnoty a fázorový diagram cyklické záměny. 1.1.3 Použité měřicí přístroje a komponenty -
Transformátor 1100 VA, 3-fázový, Yy0
-
Transformátor 1100 VA, 3-fázový, Yz1
-
Digitální multimetr
-
Autotransformátor
-
Propojovací kabely
1.1.4 Postup měření 1. Zapojte pracoviště tak, abyste byli schopni určit parametry transformátorů. 2. Propojte jednotlivé svorky tak, aby transformátory pracovaly paralelně. Přičemž použijte přiložených multimetrů s proudovou sondou k určení zátěžných proudů. 3. Pro určenou zátěž (určí vyučující) zjistěte zatížení každého z transformátorů. 4. Zjistěte, zdali protéká vyrovnávací proud. Jestli ano, přesvědčte se výpočtem o jeho správné hodnotě. 5. Zaměňte cyklicky svorky vyšší strany napětí a změňte hodinový úhel. Opět proveďte měření a vytvořte fázorový diagram, který bude popisovat danou situaci. U fázorového diagramu vždy uvádějte měřítko. 1.1.5 Zpracování výsledků Vypracujte protokol o měření. Hlavním výstupem protokolu budou změřené hodnoty napětí pro jednotlivé druhy zapojení vinutí transformátoru. Hodnoty budou přehledně uvedeny v tabulkách. Dále budou pro jednotlivé druhy zapojení sestrojeny fázorové diagramy s naznačeným hodinovým úhlem. Při grafickém zpracování použijte vhodné měřítko a případné odchylky od teoretických hodnot zdůvodněte. 1.1.6 Kontrolní otázky 1. Vyjmenujte podmínky paralelního chodu transformátorů. 2. Na čem závisí výpočtové zatížení rozvodného zařízení či celé napájecí trafostanice? Minimálně dvě skutečnosti. 3. Co je důsledkem nedodržení podmínek paralelního chodu? 4. Má nerovnoměrné zatížení transformátorů vliv na přenášený výkon? Vysvětlete. 5. Jakou odchylku (v procentech) napětí nakrátko připouští norma pro paralelní chod transformátorů? 6. Jakou odchylku (v procentech) převodu dovoluje norma pro paralelní chod transformátorů? 7. V souvislosti s napájením z trafostanice. Vysvětlete, proč je důležité znát způsob provozu jednotlivých zátěží? 8. Je při nerovnoměrném zatížení lepší použít jeden transformátor nebo využít paralelního chodu transformátorů? Odpověď zdůvodněte.
9. Mají transformátory při paralelním chodu paralelně propojená jak primární, tak sekundární vinutí? Zdůvodněte. 10. Co způsobuje vyrovnávací proud tekoucí sekundárními vinutími při chodu naprázdno u paralelně pracujících transformátorů? 11. Jak se dá eliminovat vyrovnávací proud tekoucí sekundárními vinutími při chodu naprázdno u paralelně pracujících transformátorů? 12. Vyjmenujte hlavni skupiny zapojeni trojfázových transformátorů.
