Introducere…7 [307363]

Cuprins

Introducere………………………………………………………………………………………………..7

Transformatorul electric…………………………………………………………………………….8

Principiul de funcționare a transformatorului…………………………………………….8

Clasificarea transformatorului………………………………………………………………….8

Noțiuni constructive ale transformatorului………………………………………………..9

Miezul magnetic al transformatorului……………………………………………………….9

Înfășurările transformatorului………………………………………………………………….9

Prize de reglaj al tensiunii……………………………………………………………………..10

Izolatoare de trecere……………………………………………………………………………..11

Marimi nominale ale transformatorului…………………………………………………..12

Comutarea prizelor sub sarcină…………………………………………………………………13

Comutarea prizelor la transformatoare și autotransformatoare……………………13

Reglaj la flux constant…………………………………………………………………………..14

Reglaj la flux variabil……………………………………………………………………………15

[anonimizat], menținerea tensiunii și frecvenței constante la consumator. [anonimizat], crează probleme deosebit de dificile pentru reglarea tensiunii. [anonimizat], menținerea a tensiunii și frecvenței constante la consumator. [anonimizat]-o [anonimizat].

[anonimizat], [anonimizat]. Menținerea tensiunii devine o problema a fiecărui sector de rețea.

Variatiile de tensiune au efecte atăt supra sistemului cât și asupra consumatorilor. În sistem creșterea exagerată a tensiunii determină suprasolicitarea izolației instalațiilor și îmbatrănirea prematură a ei. Scăderea de tensiune determină creșterea curentului și suprasolicitarea termică a instalațiilor; [anonimizat]; [anonimizat]; poate să apară blocarea evacuării puterii reactive din centrale.

Comutatea sub sarcină este partea cea mai importantă și dificilă a sistemului pentru comutarea în sarcină a prizelor unui transformator. [anonimizat]. Problema reglării continue a tensiunii în unele ramuri industriale care necesită puterii mai mari reglabile a condus la perfecționarea prizei de curent mobile în scopul asigurării unei funcționări cât mai sigure.

În sistemele electroenergetice predomină reglarea în trepte a raportului de transformare prin intermediul dispozitivelor pentru comutarea în sarcină a prizelor transformatoarelor. Trecerea de la o spiră la alta se realizează scurtcircuitând porțiunea de înfășurare dintre două prize consecutive, prin intermediul unor rezistoare sau prin intermediul unor inductanțe cu priză mediană. În legătură cu reglarea continuă a tensiunii, literatura de specialitate consemnează intensificarea preocupărilor pentru extinderea aplicațiilor acestei metode prin creșterea puterii și tensiunii surselor reglabile de tensiune.

TRANSFORMATORUL ELECTRIC

2.1 Principiul de funcționare a transformatorului

Transformatorul electric este un aparat de curent alternativ cu două sau mai multe înfăsurari care transformă, pe cale statică, o putere electrică alternativă (putere primară) de anumiți parametri, in altă putere electrică alternativă (puterea secundară), cu parameteri schimbați, frecvența rămanânâd aceași. Circuitele electrice ale aparatului între care are loc transferul de putere având, in general,un număr diferit de spire, cei doi factori ai puterii, tensiunea si curentul, suferă prin transformare schimbari inverse: dacă tensiunea crește, curentul sacade, si invers.

În principiu, un transformator constă dintr-un miez de fier pe care sunt fixate două sau mai multe înfășurari izolate una de alta și față de miezul de fier. Înfășurarea care primește energie de la sursă se numește înfășurare primară, iar cealaltă care cedează energie unei rețele sau a unui circuit, înfășurare secundară. Transformatoarele cu mai multe înfășurari, de regulă dispun ,de o singură înfășurare primară, celalate fiind înfășurari secundare.

Fig. 2.1 Miezul și înfășurările transformatorului

Funcționara transformatorului are la bază legea inducției electromagnetice și anume inducției mutuale între doua circuite imobile unul față de celălalt.

Fie miezul feromagnetic și sistemul de înfășurări ale unui transformator monofazat reprezentat schematicîn fig. 2.1. Marimile aferente înfășurării primare vor fi notate cu indice 1, iar cele aferente înfășurării secudare cu indice 2, sensul de bobinare al celor două înfășurări fiind același. Dacă la bornele A X ale înfășurării primare se aplică tensiunea , a unei rețele electrice de curent alternativ, prin aceasta înfășurare se va staili un curent electric , tot alternativ. Acest curent străbate spirele înfășurării primareși produce o solenație. Solenația determină un câmp magnetic variabil în timp. O parte a liniior acestui câmp magnetic se vor închide prin miezul magnetic al transformatorului și vor înlănțui și înfășurarea secundară, producând fluxul magnetic util, iar altă parte se vor închide prin aer în jurul înfășurării primare producând flux magnetic de scăpări, denumit și flux magnetic de dispersie al primarului. Fluxul magnetic care înlănțuie o singură spiră a înfășurării primare sau secundare, se numește flux magnetic de scăpări.

Fig. 2.2 Schema unui transformator

Fluxul magnetic fascicular ce strabate cele două înfășurări este variabil în timp ca și curentul care-l produce. Acest flux magnetic fascicular induce în spirele înfășurării primare și secundare tensiuni electromotoare. La bornele înfășurării secundare, va apărea apărea o tensiune proporțională cu numărul de spire al acesteia. Se va admite că fluxul magnetic fascicular are aceași valoare pentru orice spiră a înfășurărilor primare și secundare.

Dacă fluxul magnetic fascicular creat de înfășurare primară este de forma

unde:

(2.2)

reprezintă marimea fluxului magnetic maxim printr-o spiră;

– inducția magnetică maximă în miez;

– aria secțiunii miezului;

Atunci, tensiunea electromotoare indusă în înfășurare secundară care are spire, pe baza legii inducției electromagnetice va:

= – = ωsin ( – ) = sin( – ) [ V ].

După cum se vede valoare maximă a acestui t.e.m. este

= ω = 2πf,

iar valoarea eficace (denumită valoarea efectivă)

= = f [ V ].

T.e.m se notează cu , pentru a se distinge de intensitatea câmpului electric care se notează cu E. Din relația rezultă că t.e.m. indusă în înfășurare secundară este defazată în urma fluxului magnetic care o produce cu radiani.

2.2 Clasificarea transformatorului

Domeniul de utilizare al transformatoarelor electrice este foarte larg si formele lor constructive sunt numeroase.

După destinația lor, transformatoarele se împart în două mari clase:

Transformatoare de putere;

Transformatoare speciale;

După numarul lor de înfășurari, se construiesc transformatoare:

Cu două înfășurari;

Cu înfășurari multiple (trei sau mai multe înfășurari, apar mai rar);

După numarul lor de faze transformatoarele pot fii:

Monofazate;

Bifazate;

Trifazate (cele mai folosite in sistemul electroenergetic);

După modul general de racire se construiesc:

Transformatoare uscate (racirea se face prin contact direct cu aerul);

Transformatoare în baia de ulei (se racesc prin intermediul uleiului);

2.3 Noțiuni constructive ale transformatorului

Principalele elemente de construcție ale transformatorului sunt:

Miezul magnetic

Înfașurarile

Izolatoarele de trecere

Cuva cu ulei

Prize de reglaj al tensiuni

Fig.2.3 Transformatorul de putere și noțiuni constructive

2.4 Miezul magnetic al transformatorului

Miezul magnetic este un element constructiv al transformatorului care constituie circuitul său feromagnetic. Acest circuit are in general, o forma dreptunghiulara și constă in coloane, care constituie parte din miez pe care sunt așezate înfășurarile și din juguri, care leagă magnetic coloane între ele.

După felul circuitului feromagnetic se deosebesc urmatoarele două tipuri constructive:

Transformatoare cu coloane

Transformatoare în manta

Fig. 2.4 Miezurile magnetice

Miezurile se construiesc din tole laminate dintr-un oțel moale, aliat cu un procent ridicat de siliciu (pană la 5%), care poartă numele de tole de transformator. Prezenta siliciului măreste rezistivitatea electrica a fierului, contribuind la reducerea pierderilor prin curentii Foucault. În același scop, tolele utilizate au grosimi de 0,35 sau 0,5 mm și sunt izolate între ele prin foită subtire, de 0,04 – 0,06 mm, sau mai fregvent, prin lac izolant. Pe lănga rizistivitatea ridicată, tolele de transformator trebuie să aibă o bună permeabilitate electrică pentru ca curentul de magnetizare sa fie cât mai redus si o suprafața de histerezis cât mai redusă, pentru ca pierderile prin histerezis să fie minime. Construirea miezurilor se face prin îmbinarea coloanelor cu jugurile prin simplă suprapunere, sau tesând între ele tolele care formează coloane si juguri.

2.5 Înfășurările transformatorului

Înfașurarile transformatorului se execută din conductoare de cupru electrolitic, a căror secțiunile depinde de curentul nominal al transformatorului. Pentru fixarea secțiunii se admite o densitate de curent de 2 – 4,5 A/ la transformatoarele în ulei și de 1 – 2,5 A/ la cele uscate.

Se utilizeaza conductoare de secțiune rotundă pentru secțiuni de la 0,02 la 10 și de secțiune dreptunghiulare pentru secțiuni de la 6 la 60 . Rezultă că limita curentului pentru conductoarele de secțiune rotundă 25 A la transformatoare uscate și 45 A la cele în ulei, iar pentru conductoarele de secțiune dreptunghiulara 150 A, respectiv 270 A.

Numărul de spire al înfășurări primare și secundare se fixeză in raport cu tensiunea nominală a transformatorului. Pentru a se realiza un cuplaj magnetic cât mai străns între cele două înfășurari, pe aceasi coloană a transformatorului se plaseză atât înfășurarea de joasa cât și cea de înaltă tensiune.

După modul cum sunt asezate cele două înfășurari, există urmatoarele trei forme constructive:

Înfășurarile concentrice;

Înfășurarile bioconcentrice;

Înfășurarile alternate (suprapuse)

Fig. 2.5 Înfășurările transformatorului

2.6 Prize de reglaj al tensiunii

Când transformatoarele sunt instalate în puncte diferite ale unei rețele de distribuție, se poate întămpla ca tensiunile de alimentare în acele puncte, din cauza căderilor de tensiune pe rețeaua de înalta tensiune, să fie diferite. Din acest motiv, vor fii diferite și tensiunile secundare ale transformatorului care alimenteaza rețeaua de joasă tensiune.

Pentru a remedia acest neajuns, sunt prevăzute, pe lănga priza principală, cu două sau mai multe prize de reglaj al tensiunii, care permit să aplice înfășurări primare o tensiune a cărei valoarea să fie +/- 5% diferită de cea nominală. Utilizând o priză sau alta, adică introducând în circuit un număr sau altu de spire din înfășurarea de înaltă tensiune, se poate modifica raportul de transformare, și se poate obține în înfășurarea secundară o tensiune egală cu cea nominal sau apropiată de ea.

Trecerea de la o priză la alta se face simultan pe toate cele trei coloane, cu ajutorul unui comutator cu trei sectoare, având cate patru contacte fiecare. Mănerul de comandă al comutatorului se află pe capacul cuvei transformatorului, iar actionarea comandei se face numai când transformatorul este scos de sub tensiune.

2.7 Izolatoare de trecere

Izolatoarele de trecere sunt elementele transformatorului care asigură izolația necesară buloanelor de bornă, care fac legătura între înfașurare și liniile de înaltă și joasă tensiune.

După tensiuile nominale ale transformatorului și condițiile în care aceasta funcționează, se deosebesc urmatoarele tipuri constructive de izolatoare de trecere:

Izolatoare compacte de porțelan

Izolatoare de porțelan umplute cu aer sau cu ulei

Izolatoare de porțelan umplute cu ulei, cu izolația interioară compusă

Izolatoare tip condensator

Fig. 2.6 Izolatoare de trecere

Izolatoarele sunt glazurate atât în interior cât și în exterior, cu excepția părților unde se face aplicarea etanșă a flanșelor de susținere și a capacelor metalice de la extremități. Izolatoarele transformatoarelor folosite în aer liber, care funcționează în mijlocul intemperiilor, sunt prevăzute cu flanșe-șicane, care să le lungească calea descărcărilor superficiale, și dispun de o mai bună etanșietate contra umiditații.

2.8 Marimi nominale ale transformatorului

Regimul nominal al transformatorului este, regimul definit prin ansamblul valorilor mărimilor electrice sau de altă natură înscrise pe plăcuța indicatoare a transformatorului și care caracterizează funcționarea în condiți prescrise. Cu alte cuvinte, regimul nominal de funcționare este regimul de sarcină pentru care a fost proiectat și construit transformatorul.

Pentru transformatoarele de putere în ulei, funcționarea în regim nominal este fixată de următoarele date nominale: puterea, tensiunile, raportul de transformare, curenții, tensiunea de scurtcircuit si frecvența, în condițiile nominale de răcire ale transformatorului.

Puterea nominală a transformatorului este puterea aparentă la bornele circuitului său secundar, exprimata în kVA, pentru care sunt depășite limitele admisibile de încălzire a elementelor transformatorului.

Tensiunea nominală primară este tensiunea ce trebuie aplicată la bornele de alimentare ale înfașurării primare a transformatorului, în regimul său de funcționare.

Tensiunea nominală secundară este tensiunea care rezultă la bornele înfașurării secundare atunci când transformatorul funcționează în gol și se aplică bornelor primare tensiunea nominală primară, comutatorul de prize fiind pus pe priza nominală.

Raportul nominal de transformare este dat de raportul dintre tensiunea nominală primară și cea secundară, la mersul în gol.

Curentii nominali, primarii și secundari, sunt curentii de linie care rezultă din valorile nominale ale puterii și ale tensiunilor primare, respectiv secundare ale transformatorului.

Tensiunea de scutcircuit primară este tensiunea care trebuie aplicată circuitului de înaltă tensiune al transformatorului pentru ca acest circuit să fie parcurs de curentul nominal atuci când circuitul de joasă tensiune este legat în scurtcircuit.

Frecvența nominală a transformatorului, la constructiile normale este de 50 Hz.

COMUTAREA PRIZELOR SUB SARCINĂ

3.1 Comutarea prizelor la transformatoare și autotransformatoare

Transformatoarele și generatoarele sincrone din centralele electrice și transformatoarele ridicătoare, precum transformatoarele din posturi de transformare de medie-joasă tensiune, în general se prevăd cu prize de reglarea tensiunii +/- 5% reglajul executându-se cu transformatorul deconectat. Autotransformatoarele și transformatoarele coborâtoare sistemului electroenergetic, se prevăd cu reglaj mult mai larg, realizat cu un număr mare de prize, iar reglajul executânduse sub sarcină.

Când reglaea tensiunii se face în stare deconectată de la rețea a transformatorului, comutatorul are rolul de a modifica numărul de spire aflate în circuit, ceea ce implică modificarea tensiunii secundare.

Acționarea din greșeală a comutatorului, când transformatorul este deconectat la tensiunea de alimentare, provoacă formarea unui arc pe contacte, ducând la distrugerea comutatorului. Din acest motiv transformatoarele se înzestrează adeseori cu dispozitive de blocare, care fac imposibilă acționarea comutatorului înaintea deschiderii întrerupătoarelor.

Comutatoarele pentru reglajul în sarcină al tensiunii transformatoarelor pot fi cu reactanță limitatoare și acționare lentă a contactelor ruptorului sau cu rezistențe de limitare și acționare rapidă a ruptorului, iar manevrarea se face pe cuvă, de la distanță (printr-un manipulator) sau automat, în funcție de caderea de tensiune din rețea.

Echipamentul de comutare sub sarcină se compune din selectorul, care alege priza pe care urmează să se facă comutarea, comutatorul propriu-zis, care asigură trecera de pe o priză pe alta și dispozitivul de acționare, care în urma unei comenzi manuale sau automate asigură funcționarea selectorului și a comutatorului. Construcția acestuia poate fi și separată de transformator în funcție de putere, numărul de prize și modul de acționare manual sau cu motor electric.

Fig 3.1. Comutator de poturi

3.2 Reglarea tensiunii cu autotransformatore

Creșterea sarcinii consumatorilor determină scăderea tensiunii de alimentare a acestora și la depășirea anumitor limite tolerabile este compromisă buna lor funcționare. Pentru ajustarea în trepte a tensiunii de ieșire la autotransformatoare se utilizează o înfășurare de reglare care produce o tensiune adițională. Tensiunea adițională produsă de înfășurarea de reglare ( cu Nt spire ) poate fi în fază sau în opoziție de fază cu tensiunea înfășurării de bază ( cu Nb spire ), caz în care reglajul se numește longitudinal. Pentru a facilita procesul de comutație ( la curenți mai mici ), reglarea tensiunii se realizează prin modificarea numărului de spire a înfășurării cu tensiune cea mai mare:

= n

unde Nb este numărul de spire corespunzător înfășurării de bază; Ne – numărul de spire corespunzător înfășurării adiționale; Nt – numărul de spire dintre două prize consecutive; n – numărul de prize al înfășurării de reglare; i – poziția curentă a prizei de reglare.

Variația raportului de transformare se obține prin modificarea numărului de spire a înfășurării de reglaj modificând poziția comutatorului de prize. Comutatorul sub sarcină ( întrerupătorul ) este partea cea mai importantă și dificilă a sistemului pentru comutarea în sarcină a prizelor unui transformator. El este cel care realizează comutarea propriu-zisă. Înrucât comutarea trebuie să se facă fără întreruperea curentului de sarcină, se prevăd rezistențe de comutare care evit punerea în scurtcircuit a spirelor de reglaj. Pentru a evita solicitarea lor termică, se cere, o foarte mare viteză de comutare, deci o constructie complicată a comutatorului.

Pentru a realiza această condiție, pe durata regimului tranzitoriu de comutație, o treaptă a înfășurării de reglare cuprinse între prizele succesive ce se schimbă va fi scurtcircuitată o perioadă scurtă de timp (50 ms). Comutația dinamică este însoțită de formarea arcului electric și pentru a micșora efectele termice ale acestuia asupra contactelor comutatorului și uleiului se impune limitarea curentului de scurtcircuit cu rezistențe sau bobine.

3.3 Defecte ale comutatorului de tensiune

Se analizează numai defecțiunile comutatoarelor destinate pentru reglarea raportului de transformare fără sarcină. În principal fiind vorba de un comutator, defecțiunea constă în arderea sau topirea suprafețelor de contact ale comutatorului.

Cauzele care duc la această defecțiune sunt:

montarea defectoasă a comutatorului;

construcția necorespunzătoare a comutatorului, care nu asigură presiunea de contact necesară;

efectul termic al unor curenți de scurtcircuit;

cotarea sub sarcină a comutatorului, deși el este destinat pentru comutare în gol;

Topirea totală sau degradarea contactelor comutatorului poate duce la degradarea uleiului și acționarea releului de gaze. În cazul deteriorării reduse a suprafețelor de contact, acestea se pot ajusta; dacă degradările sunt mai importante, se vor înlocui contactele sau tot comutatorul. În funcția de construcția comutatorului, trebuie acordată atenția la montare, deoarece pot apărea defecte de montaj, care pot avaria transformatorul.

Pentru a descoperii la timp defectele comutatorului, se recomandă măsurarea periodică a rezistenței înfășurărilor cu un ohmetru, pe toate pozițiile comutatorului. Dacă apar apar diferențe sensibile în rezistențele măsurate pe fază, este necesară revizuirea comutatorului, eventual refacerea unor lipituri defectoase în înfășurare.

Fig.3.2 Comutator de ploturi

3.4 Automatizarea comutării de prize la transformatoare

Comanda comutării de prize sub sarcină se poate realizată fie manual, fie automat. Schema fig. 3.3 reprezintă comanda automată a comutatorului de prize. Elementul de măsurare EM sesizează tensiunea la bornele transformatorului, elementul de comparație C o compară cu o tensiune prescrisă etalon și dacă abaterea depășește o valoare prestabilită, acționează asupra sistemului de comutare de prize (SC) al transformatorului (Tr).

Sistemul de comandă automată trebuie realizat cu o zonă de insensibilitate considerabilă, având în vedere că reglajul este discontinuu. Realizarea zonei de insensibilitate s-a simbolizat în fig. 3.3 prin elementul ZI. Ca urmare, comutatorul de prize este comandat numai dacă abaterea tensiunii față de cea prescrisă depășește +/- z% din această din urmă. Astfel zona de insensibilitate creată este 2z% din tensiunea dorită. Această zonă de insensibilitate, trebuie să fie mai mare decât variația tensiuni la comutare (ƿ%), altfel apare fenomenul de pompaj, adică după comutarea sistemului automat comandă revenirea comutatorului în poziția de mai înainte, apoi comandă din nou comanda inițială. Se impune ca zona de insensibilitate să fie cu cel uțin 20% mai mare, decât saltul de tesiune ce apare în urma comutării.

Fig. 3.3 Schemă structurală de comandă automată

ZI – element de creare a unei zone de insensibilitate

T – element de temporizare

SC – Sistemul de comutare

Tx – transformatorul

C – element comparator

Comutarea sub sarcină trebuie să aibă loc la ieșire de durată a tensiunii din bandă prescrisă (2z% din tensiunea prescrisă), fluctuații de scurtă durată, cum sunt cele ce apar de exemplu la scurtcircuite, nu trebuie să ducă la funcționarea comutatorului de prize. De aici rezultă necesitatea introducerii unei temporizări în comada sistemului de comutare. Acest rol îl are elementul TÎn fig. 3.3, în practică temporizatorul este în jur de 60 s.

Uneori temporizarea în comandă comutatorului de prize este dependentă de marimea abaterii de tensiune, realizănde-se produs aproximativ constant între timpul de întârziere și mărimea abaterii de tensiune. Astfel abateri mari ale tensiunii de la valoarea prescrisă se elimină relativ repede, pe când abaterile mai mici sunt eliminate după un timp mai îndelungat.

Există sisteme de comandă a comutatorului de prize care acționează și la ieșiri intermitente ale tensiunii din banda prescrisă; cumulează timpii cât tensiunea nu se gasește în banda prescrisă și acționează cât timpul cumulat atinge valoarea stabilită prin reglaj. Dacă însă între doua ieșiri consecutive ale tensiunii din bandă se depășește un interval de timp stabilit, procesul de cumulare se anulează.

3.5 Prizele de reglaj

Prizele de reglaj pot fii prevăzute în principiu fie în înfășurare primară, fie cea secundară, prin modificarea sau păstrarea solicitărilor magnetice. La transformatoare de putere, indiferent de rolul înfășurărilor ca primare sau secundare, de regulă înfășurarea de înaltă tensiune este prevăzută cu reglajul numărului de spire, din următoarele motive:

scoaterea prizelor de reglaj este mai ușoară tehnologic, înfășurarea de înaltă tensiune fiind așezată la exterior, iar secțiunea conductoarelor este mai redusă

numărul de spire necesar treptei de reglaj se poate ajusta mai ușor, fiind mai mare și totodată, permițând o poziționare mai adecvată pentru reducerea forțelor axiale

comutatorul de prize este mai simplu, având contactele și bornele pentru curenți mai mici, chiar dacă cresc distanțele de izolație

La înfășurările stratificate conectarea în stea, legătura la borne se scoate, de obicei de la interior, iar prizele de reglaj sunt aduse la un comutator de nul. La poziția în triunghi poziția stratului de la care se face legătura la bornă este indiferentă. La înfășurări stratificate, prizele de reglaj așezate pe ultimul strat nu produc asimetrii prea mari și nici forțe axiale însemnate.

STUDIU DE CAZ

4.1 Transformatoarul trifazat de putere

Transformarea, în cazul curentului alternativ trifazat, a parametrilor energiei electrice (tensiunea, curentul, iar alte ori numărul de faze) se poate face cu ajutorul a trei transformatoare monofazate, care are un miez feromagmetic unic.

Modul de conectare a capetelor înfășurărilor se poate face în stea, în triunghi sau în zigzag. La capetele înfășurărilor primare A, B, C se poate aplica un sistem de tensiuni trifazate, iar la capetele înfășurărilor secundare a, b, c se poate conecta un receptor trifazat corespunzător tensiunii secundare transformate.

Un sistem trifazat simetric de tensiune se caracterizează aceea că amplitudinea tensiunilor celor trei faze sunt egale între ele, iar defazajul dintre aceste tensiuni este de 2π/3 radiani. De aceea, suma valorilor instantanee a tensiunilor unui sistem simetric trifazat este nulă, sau în complex

4.2 Încercările transformatorului de putere

Încercările la frecvență industrială se efectuează ce tensiune indusă și cu tensiune aplicată, pentru a se verifica:

Izolația unei înfășurări față de masă sau față de alte înfășurări, efectuându-se cu tensiune aplicată, în cazul înfășurărilor cu izolație plină (la transformatoare cu neutral izolat) și cu tensiunea indusă în cazul înfășurărilor cu izolație redusă (la transformatoare cu neutru pus la pământ;

Izolația între spire și între părțile aceleiași înfășurări și care se efectuează cu tensiune redusă, iar valoarea tensiunii de încercare este 2, în cazul transformatoarelor având înfășurările cu izolație plină, precum și transformatoare cu izolație redusă;

Încercările cu tensiune de impuls se efectuează pentru a se verifica atât izolația unei înfășurări față de masă sau față de celălalte înfășurări, cât și izolația între spire și între spirele aceleiași înfășurări.

Încercări pentru verificarea întreruperii înfășurărlori cu măsurarea rezistenței înfășurărilor.

Fig.4.1 Tăblița transformatorului cu datele inițiale

La un transformator de 20 kV, conexiunea YZ0 din cadrul facultății, am masurat rezisteța a înfășurărilor primare în funcție de ploturi și secundare, care o să le întălniți în tabelele 4.1, 4.2. În urma masurărilor, am realizat că transformatorul este defect, înfășurarea a doua ( B ) din primar este întreruptă. Din acest motiv nu am putut masura rezistența înfășurărilor din primar AB și BC.

Tabel 4.1 Măsurarea rezistenței între înfășurările primare A-C

Tabel 4.2 Măsurarea rezistenței între înfășurări secundare și nul

Fig. 4.2 Măsurare rezistenței a înfășurărilor secundare

În exploatarea transformatoarelor, cu timpul rezistența de izolație îsi micșorează valoarea, putându-se ajunge în final la pierderea proprietăților izolante ale materialelor și chiar la deteriorarea transformatoarelor. De aici necesitatea de a verifica periodic rezistența de izolație.

Tot la transformatorul respecti am masurat rezistanța de izolație, care le vom întălni in figurile 4.3, 4.4.

Fig. 4.3 Măsurarea rezistenței de izolație MJ-MT

Măsurarea rezistenței de izolație a transformatorului, am axecutat cu megohmetru de 1000-5000 V și cu domenii de măsurare păna în 10000 MΩ.

Fig. 4.4 Măsurarea rezistenței de izolație MT-MJ

Fig. 4.5 Măsurarea rezistenței de izolație

La acelaș transformatorul am masurat rezistența contactelor al comutatorului de ploturi, care o să le întalniți in tabelele de mai jos.

Tabel 4.3Măsurarea rezistenței a contactelor între ploturi A – X

Fig. 4.6 Comutatorul de ploturi a transformatorului masurat

Tabel 4.4 Măsurarea rezistenței a contactelor între ploturi B – Y

Fig. 4.7 Schema comutatorului de ploturi a transformatorului respectiv

Tabel 4.5 Măsurarea rezistenței a contactelor între ploturi C – Z

Masurarea rezistențelor la comutatorul de ploturi și înfășurărilor transformatorului am realizat cu aparatul Gwinstek GOM-804. Aparatul variază de la 50mΩ la 5MΩ și are o precizie foarte ridicată.

Fig. 4.8 Aparat de masurat rezistența

4.3 Încercările transformatorului trifazat

În figura 4.4. observăm un transformator trifazat de 3500 VA la care am masurat rezistențele înfășurărilor cu aparatul Gwinstek GOM-804, iar în tabelul 4.6. putem vedea rezistențele înfășurarilor măsurate.

Fig.4.9 Transformatorul trifazat de 3500 VA

Tabel 4.3.1 Rezistențele înfășurărilor transformatorului

Fig. 4.10 Rezistențele înfășurărilor din primar și secundar

Fig.4.11 Măsurarea rezistenței înfășurărilor transformatorului

În următorul pas am executat montajul schemei din figura 4.6. În montaj am legat doua voltmetre legare in paralel, unul măsurând tensiunea din primar, iar celălalt tensiunea din secundar, doua ampermetre legate în serie măsurând curentul din primar și celălalt din secundar. Din secundar am alimentat doua rezistențe de 190 Ω legate în serie, iar primarul l-am alimentat din stand cu o tensiune monofazată de 230 V pe o înfășurare. Rezultatele experimentului le putem întălnii în tabelele 4.7, 4.8.

Fig. 4.12 Scheme de montaj la funcționarea în sarcină a transformatorului

Fig. 4.13 Montajul schemei corespunzătoare a transformatorului

4.3.1 Reglajul la flux constant a transformatorului

La transformatoare cu reglarea tensiunii sub sarcină, menținerea constantă a tensiunii la bornele înfășurării fără prize înseamnă reglaj la flux constant, iar menținerea constantă a tensiunii la bornele înfășurării cu prize înseamnă reglaj la flux variabil.

Fig. 4.14 Montajul la flux constant

La reglajul la flux constant tensiunile nominale se definesc pentru înfășurarea făra prize, respectiv pentru înfășurarea cu prize la priza Nb (numarul de spire la înfășurarea de bază) spire. Rezultă că tensiunile corespunzătoare diferitelor prize sunt , unde Ne este numărul echivalent de spire al înfășurări cu prize.

Tabel 4.3.2 Reglajul la flux constant a transformatorului

Din rezultatele obținute în urma experimentului, care le-am întălnii în tabelul de mai sus,

obținem următoarele grafice.

Fig. 4.15 Tensiunea U1, U2

Fig. 4.16 Curentul I1, I2

Fig. 4.17 Puterea S1, S2

4.3.2 Reglajul la vlux variabil a transformatorului

La reglajul la flux variabil tensiunea de priză este constantă pentru înfășurarea cu prize și este egală cu tensiunea nominală a înfășurări respective. Considerând puterea aparentă a transformatorului constantă, curenții pe înfășurări depind de tensiunile înfășurărilor.

Fig. 4.18 Montaj la flux variabil

În cele ce urmează, se atașează indicele A înfășurării cu prize și indicele B înfășurării fără prize. Notând cu = raportul de transformare la o priză oarecare este = = unde s-a notat = . Exprimând raportul de transformare relativ ca = , se obține .

Tabel 4.3.3 Reglaj la flux variabil a transformatorului

Din rezultatele obținute în urma experimentului care le-am întălnii în tabelul de mai sus,

obținem următoarele grafice.

Fig. 4.19 Tensiunea U1, U 2

Fig. 4.20 Curentul I1, I2

În timpul funcționării în transformator se produc pierderi atât în înfășurări datorită rezistenței electrice, cât și în miez, datorită curenților turbionari și fenomenul de histerezis, ca urmare a variației în timp cu fregvența f, a fluxului magnetic. Este important, de asemenea, de determinat curentul de magnetizare care crează solenația necesară producerii fluxului magnetic.

Fig. 4.21 Puterea S1, S2

4.4 Construcția și încercarea unui transformatorului monofazat

4.4.1 Construcția transformatorului

Transformatorul respectiv are o putere de 210 VA, o tesiune de 230 / 230 V și cu un număr de șapte prize de reglaj, în secundar și în primar.

Fig. 4.22 Transformator monofazat cu mai multe prize de reglaj

Fig.4.23 Construcția transformatorului

În fig.4.4.1 se arată schema de bază de înscriere a înfășurării de reglare cu înfășurarea de bază, prin care se realizează o înfășurare cu număr echivalent de spire variabil. Notând cu Nb numărul de spire al înfășurării de bază, adică dintre bornele A și X și cu Nt numărul de prize între două prize consecutive de reglare, numărul echivalent de spire Ne (echivalent din punct de vedere al tensiunii induse de flux dat din transformator) se poate modifica între limitele Nb +/- 3Nt.

Fig. 4.24 Prizele de reglaj a transformatorului

Tabel 4.4.1 Prize de reglaj al transformatorului

Fig.4.25 Montarea prizelor la bornele corespunzătoare

Cutia transformatorului este construită dintr-o tablă de 2mm și tăiată cu laserul conform:

Dimensiunii transformatorului;

Loc pentru racire;

Loc pentru fire, cleme și borne;

Transformatorul stă pe patru șurube prins foarte bine, ca să aibă racire în jurul său.

Fig. 4.26 Cutia transformatorului

Vopsirea cutiei s-a realizat cu două culori, portocaliu și gri, iar pe fața transformatorului s-a lipit un afiș cu schema respectivă. După lipirea afișului s-au dat găuri pentru punerea bornelor.

Fig. 4.27 Vopsirea transformatorului

Contactele făcute între înfășurările transformatorului și borne, s-au realizat cu șiruri de cleme și conductor de cupru izolat cu dimensiunea 2.5 m, la un capăt de conductor am folosit pinuri, iar la celălalt conectori mama.

Fig. 4.28 Contactele între înfășurările transformatorului și borne

În tabelul 4.4.1 se indică numărul echivalent de spire. Se observă că pentru un domeniu de reglare de +/- p% trebuie să se prevadă cu prize o porțiune de înfășurare care cuprinde Nb spire și înglobează o parte din înfășurarea de bază

.

Tabel 4.4.1 Tensiunea în funcție de numărul de spire

Măsurarea rezistențelor înfășurărilor am făcut cu aparatul Gwinstek GOM-804.

Tabel 4.4.2 Rezistențele înfășurărilor

În următorul pas am executat montajul schemei din figura 4.6. În montaj am legat doua voltmetre legare in paralel, unul măsurând tensiunea din primar, iar celălalt tensiunea din secundar, doua ampermetre legate în serie măsurând curentul din primar și celălalt din secundar. Din secundar am alimentat doua rezistențe de 190 Ω legate în serie, iar primarul l-am alimentat din stand cu o tensiune monofazată de 230 V pe o înfășurare. Rezultatele experimentului le putem întălnii în tabelele

Fig. 4.29 Scheme de montaj la funcționarea în sarcină a transformatorului

4.4.2 Regaj la flux constant

La transformatoare cu reglarea tensiunii sub sarcină, menținerea constantă a tensiunii la bornele înfășurării fără prize înseamnă reglaj la flux constant, iar menținerea constantă a tensiunii la bornele înfășurării cu prize înseamnă reglaj la flux variabil.

La reglajul la flux constant tensiunile nominale se definesc pentru înfășurarea făra prize, respectiv pentru înfășurarea cu prize la priza Nb (numarul de spire la înfășurarea de bază) spire. Rezultă că tensiunile corespunzătoare diferitelor prize sunt , unde Ne este numărul echivalent de spire al înfășurări cu prize.

Tabel 4.4.3 Reglaj la flux constant

Fig. 4.30 Tensiunea U1, U2

Fig. 4.31 Curentul I1, I2

Fig. 4.32 Puterea S1, S2

4.4.3 Reglaj la flux variabil

La reglajul la flux variabil tensiunea de priză este constantă pentru înfășurarea cu prize și este egală cu tensiunea nominală a înfășurări respective. Considerând puterea aparentă a transformatorului constantă, curenții pe înfășurări depind de tensiunile înfășurărilor.

În cele ce urmează, se atașează indicele A înfășurării cu prize și indicele B înfășurării fără prize. Notând cu = raportul de transformare la o priză oarecare este = = unde s-a notat = . Exprimând raportul de transformare relativ ca = , se obține .

Tabel 4.4.4 Reglaj la flux variabil

Fig. 4.33 Tensiunea U1, U2

Fig .4.34 Curentul I1, I2

Fig. 4.32 Putera S1, S2

Fig. 4.43 Ampermetre cu care am masurat curentul

Fig. 4.34 Voltmetrele cu care am făcut masurarea tensinii

Fig. 4.35 Prinderea pinurilor de prizele înfășurării de reglare

Fig.4.36 Transformatorul cu prize de reglaj

Concluzii

Problemele reglării a tensiunii în unele ramuri industriale, care necesită puteri mari reglabile, a condus la perfecționare prizei de curent mobile în scopul asigurării unei functionari cât mai sigure. Contribuțiile teoretice și experimentele aduse în lucrare sunt legate de acest obiectiv.

Una dintre primele contribuții teoretice este legată de realizarea unui documentat studiu privitor la spectele fundamentale priviind comutarea prizelor la transformatoare și autotransformatoarele cu reglajul tensiuni sub sarcină. Asigurarea calității energiei electrice prin menținerea constantă a tensiunii se poate obține fie prin variația tensiunii generatoarelor sincrone, fie prin variația raportului de transformare la transformatoare și autotransformatoare cu prize de reglaj. În cazul sistemelor energetice actuale este preponderentă metoda reglării privind variația raportului de transformare.

În lucrarile practice putem diferenția înfășurările primare și cele secundare. Observam în graficele obținute cum apar pierderile.