PROIECTAREA SI INTRETINEREA UNUI TRANSFORMATOR TRIFAZAT Boboc Constantin Eugen Facultatea de Inginerie Electrica Grupa 112B

Capitolul 1. INTRODUCERE Capitolul 2. ASPECTE GENERALE PRIVIND TRANSFORMATORELE Capitolul 3. CALCULUL SIMPLIFICAT AL TRANSFORMATORULUI. BREVIAR DE CALCUL Capitolul 4. TRASAREA CARACTERISTICILOR DE FUNCŢIONARE ALE TRANSFORMATORULUI Capitolul 5. ANALIZA REGIMURILOR SPECIALE Capitolul 6. INTREŢINEREA, REPARAREA ŞI ÎNCERCAREA TRANSFORMATORULUI DUPĂ REPARAŢIE

Capitolul 1. INTRODUCERE La sfârşitul anilor 1800 a apărut prima alimentare publică cu energie electrică . Energia electrică avea diferite tensiuni, fiind distribuită sub formă de curent continuu (c.c.) sau curent alternativ (c.a.). În cazul curentului alternativ nu exista un standard pentru frecvenţa la care aceasta îşi schimbă sensul. Pe măsură ce utilizarea energiei electrice creştea, a devenit evident că ar exista avantaje de pe urma standardizării tensiunilor electrice. In prezent, Energia Electrică este distribuită sub formă de curent alternativ deoarece tensiunea acestuia poate fi schimbată uşor cu un transformator – un dispozitiv simplu, fiabil şi eficient. In forma sa elementară, un transformator electric constă din 2 bobine separate înfăşurate în jurul aceluiaşi miez de fier. Când se aplică o tensiune alternativă la una dintre bobine, numită bobină primară, aceasta creează un câmp magnetic variabil în miez. Aceasta induce o tensiune alternativă în cealaltă bobină, numită secundară. Tensiunea din bobina secundară depinde de raportul dintre numărul de spire din bobina secundară şi cea primară. Dacă, de exemplu, în bobina secundară sunt jumătate spire câte sunt în bobina primară, atunci tensiunea secundară va fi jumătate din tensiunea primară.

Transformatorul electric este un aparat static a cărui funcţionare se bazează pe legea inducţiei electromagnetice, destinat să transforme un sistem de curenţi alternativi, care circulă în una din înfăşurările sale, în unul sau mai multe alte sisteme de curenţi aternativi, de aceeaşi frecvenţă, cu intensitatea şi tensiunea, în general diferite şi care circulă în alte înfăşurări. TR transformă energia electromagnetică primară de parametrii (u1, i1) într-o energie electromagnetică secundară de parametrii (u2, i2), frecvenţa rămane constantă (f1=f2=ct.) Transformatoare coborâtoare de tensiune - reduce tensiunea electrică la un nivel scăzut, pentru consumul menajer; Transformatoare ridicătoare de tensiune - tensiunea secundară este mai mare decât tensiunea primară – creste tensiunea electrică .

Capitolul 2. ASPECTE GENERALE PRIVIND TRANSFORMATORELE Transformatorul electric este un subsistem intrinsec sistemului energetic. O funcţionare defectuoasă a sa, datorită interconexiunilor din reţea, atrage o funcţionare defectuoasă a întregului sistem energetic. Iată motivul pentru care, în condiţiile actualei crize energetice, este imperios necesară optimizarea consumurilor energetice atât la distribuitorul de energie cât şi la fiecare beneficiar în parte al acestei energii. Urmărirea continuă a funcţionalităţii acestor echipamente este posibilă numai prin cunoaşterea parametrilor ce determină o anumită stare. Luarea deciziilor în timp util presupune o monitorizare continuă a stărilor, deci, în ultimă instanţă, a parametrilor ce caracterizează funcţionarea echipamentelor la un moment dat. În cazul transformatorului electric este necesară cunoaşterea parametrilor schemei echivalente.

Transformatorul trifazat In proiectarea transformatoare electrice de putere se urmăreşte oţinerea unor soluţii tehnico-economice optime, incluzând volum redus, randament mare, transferul căldurii cu usurinţă şi cost redus. Transformatorul trifazat Teoria expusă pentru transformatorul monofazat se poate utiliza de asemenea şi la studiul transformatorului trifazat cu coloane în regim simetric echilibrat. Ecuaţiile, schemele echivalente şi diagramele de fazori stabilite pentru transformatorul monofazat, ce pot folosi la studiul fiecărei faze a grupului trifazat de transformatoare, constituit din trei transformatoare monofazate. In continuare se va considera problema conexiunilor transformatoarelor trifazate. Conexiunea Stea- Stea În figura 2.6 sunt reprezentate diagramele de fazori ale tensiunilor electromotoare de fază şi de linie primare şi secundare, induse de fluxurile rezultante utile. Defazajul dintre tensiunile electromotoare de linie este de 0°. Deci, transformatorul aparţine grupei 0. Deoarece înfăşurarea de înaltă tensiune este legată în stea, ceea ce se reprezintă prin notaţia Y, iar înfăşurarea de joasă tensiune este legată de asemenea în stea, ceea ce se notează prin y, transformatorul examinat se spune că aparţine conexiunii Yy- 0

Fig. 2.6 Schema înfăşurărilor şi diagramelor de fazori ale tensiunilor electromotoare pentru conexiunea Yy-0

Conexiunea Stea - Triunghi Înfăşurarea de înaltă tensiune se presupune legată în stea, iar cea de joasă tensiune în triunghi. Se presupune că înfăşurările sunt bobinate în acelaşi sens şi au aceeaşi notaţie a bornelor. Fig. 2.7 Schema infăşurărilor şi diagramele de fazori ale tensiunilor electromotoare pentru conexiunea Yd-11

Conexiunea Stea – Zig-zag, Yz-11 Fig. 2.8. Schema şi diagramele de fazori ale tensiunilor electromotoare pentru conexiunea Yz-11

Particularităţi constructive ale transformatorului trifazat In reţelele trifazate se utilizează două variante constructive de transformatoare trifazate. se folosesc trei transformatoare monofazate ale căror înfăşurări primare, respectiv secundare, sunt legate în stea sau triunghi. In acest caz, fiecare fază are miezul separat de acela al celorlalte faze. se utilizează pentru toate fazele un singur miez cu mai multe coloane. Fig. 2.9 Transformator trifazat construit Fig. 2.10 Transformator trifazat cu din trei transformatoare monofazate trei coloane

Capitolul 3. CALCULUL SIMPLIFICAT AL TRANSFORMATORULUI. BREVIAR DE CALCUL Se va proiecta un transformator electric trifazat având înfăşurările din cupru şi circuitul magnetic confecţionat din tole de oţel electrotehnic laminat la rece izolat cu carlit (0.35mm), pierdere specifice la 1T şi 50Hz - Tensiunea nomoinală primară pe fază U1 = 380V; - Tensiunea nominală secundară pe fază U2 = 100V; - Frecvenţa nominală f = 50Hz; - Factorul de putere nominal în secundarul transformatorului cosφ=0.85; - Schema de conexiune este: Dy-1; - Serviciul de funcţionare este continuu - Materialele electroizolante se încadrează în clasa E - Circuitul magnetic este de tip cu coloane - Puterea aparentă S2=15KVA Relaţiile utilizate în proiect sunt în principal cu referire la TR de mică şi medie putere (max. 200kVA), la frecvenţa industrială, de uz curent, având răcire naturală în aer.

Sub aspect matematic calculul TR admite mai multe soluţii, întrucât numărul necunoscutelor este mai mare decât numărul ecuaţiilor care leagă aceste necunoscute. Datorită acestui fapt, la calcularea TR electric trebuie adoptate anumite valori iniţiale pentru unele mărimi electromagnetice şi constructive, pe baza experienţei acumulate la construcţia şi exploatarea transformatoarelor deja existente. Având în vedere acest aspect, la proiectarea unui TR se obţin, de obicei, câteva variante de calcul ale acestuia, dintre care se alege cea mai convenabilă. Circuitul magnetic şi înfăşurările transformatorului - am ales circuitul magnetic trifazat cu coloane; - vom alege înfăşurări dispuse concentric, înfăşurarea de tensiune mai redusă se va dispune înspre circuitul magnetic; - Înfăşurările sunt izolate faţă de circuitul magnetic prin intermediul unor carcase cilindrice turnate, realizate din polipropilenă cu temperatura critică între (150 - 160)C;

Clasa de izolaţie E a materialelor electroizolante; pelicula izolantă a conductoarelor emailate cu lacuri polivinil acetalice, poliuretanice. Folii şi fibre de tereftalat de polietilenă. Tesături din tereftalat de polietilenă. adm = 120 C. Înfăşurările transformatorului trifazat sunt izolate cu lacuri sau benzi electroizolante. Înfăşurările transformatorului trifazat se conectează în cazul nostru în conexiune stea şi triunghi. Definirea mărimilor nominale ale transformatorului - Curentul nominal şi puterea aparentă secundară - Puterea activă în secundar şi primar - Componentele curentului primar şi factorul de putere în primarul TR-ului - Puterea aparentă şi curentul primar Secţiunea circuitului magnetic La transformatoarele de medie putere se practică construcţii în trepte pentru coloane şi juguri.

Determinarea numărului de spire ale înfăşurărilor Determinarea dimensiunilor conductoare, a ferestrei transformatorului şi dispunerea înfăşurărilor In PRIMAR se alege din STAS 685-75, conductor de cupru, de secţiune circulară, izolat cu izolaţie din sticlă 2 înfăşurări In SECUNDAR se alege din STAS 2873-76, un conductor de cupru, de secţiune profilată cu izolaţia din sticla 2 înfăşurări Forma ferestrei influenţează atât valoarea curentului de magnetizare cat şi costul transformatorului.

Masa înfăşurărilor şi pierderile in înfăşurări - Circuit magnetic cu coloane şi înfăşurările dispuse concentric Masa şi pierderile in circuitul magnetic Curentul de funcţionare in gol şi randamentul S-a calculat curentul de funcţionare in gol, in procente din curentul primar nominal (I1) Căderea de tensiune şi parametrii transformatorului In cazul nostru am determinat: - Căderile de tensiune active - Rezistenţele înfăşurărilor - Rezistenţa de scurtcircuit (Kapp) - Căderea de tensiune totală activă - Căderile de tensiune inductive pentru înfăşurările concentrice - Căderea totală de tensiune - Reluctanţa inductivă de scurtcircuit (Kapp) - Impedanţa de scurtcircuit - Tensiunea de scurtcircuit - Căderea de tensiune relativă

Console de presare a jugului Verificarea transformatorului la încălzire - Supratemperatura înfăşurărilor şi a circuitului magnetic Variaţia temperaturii de la straturile interioare ale înfăşurărilor la cele exterioare Verificarea solicitărilor mecanice - Se calculează forţele electrodinamice (Fx şi Fy) care acţionează asupra înfăşurărilor la scurtcircuit - Curentul de şoc in cazul unui scurtcircuit brusc la bornele secundare - Verificarea la încovoiere a consolelor de strângere a jugurilor. Consolele de strângere a jugurilor care sunt realizate din oţel profilat, forma de U. Console de presare a jugului

Capitolul 4. TRASAREA CARACTERISTICILOR DE FUNCŢIONARE ALE TRANSFORMATORULUI Caracteristica variaţiei tensiunii secundare in funcţie de valoarea relativă a curentului cand tensiunea primară şi factorul de putere al sarcinii sunt constante numită şi caracteristica de sarcină a transformatorului electric se trasează pentru cos2 = 0.85 inductiv şi cos2 = 0.85 capacitiv cos 2 = 0.85 inductiv cos 2 = 0.85 capacitiv

Caracterictica externa, ur (%) = f() pentru doua situatii: cos2 = 0 Caracterictica externa, ur (%) = f() pentru doua situatii: cos2 = 0.85 inductiv si cos2=0.85 capacitiv cos 2 = 0.85 inductiv cos 2 = 0.85 capacitiv

Caracteristica randamentului Aceasta se determină in funcţie de factorul de incărcare al transformatorului la tensiunea primară constantă (U1 = ct.) şi factorul de putere secundar constant (cos 2 = ct.) PF - pierderile in fier PW - pierderile in înfăşurări la sarcina nominală

Capitolul 5. ANALIZA REGIMURILOR SPECIALE Cuplarea la reţea a transformatorului electric in gol Dupa calcularea fluxului MM care apare in regimul de conectare in gol, a valorilor maxime ale inducţiilor in coloană şi jug, etc. se calculează reluctanţele circuitului magnetic al transformatorului. Circuitul magnetic al transformatorului, echivalat cu un circuit format din rezistenţe, este cel prezentat in figura alaturata.

Se reprezintă grafic variaţia fluxurilor in funcţie de timp. t [ms] 5 10 15 20 25 30 35 40 φp 10-3[Wb] -15,98 15,98 φap 10-3[Wb] 14,23 12,68 11,29 10,09 8,96 7,98 7,11 6,33 φ 10-3[Wb] 28,66 -5,92 23,96 -9,65 Fluxul fascicular total are doua componenete, una periodica si una aperiodica.

Scurtcircuitul trifazat brusc la bornele secundarului i1k = i1kp+ i1kap Se reprezinta grafic i1kap, i1kp şi i1k in funcţie de timp t [ms] 5 10 15 20 25 30 35 40 i1kp [A] 1583,02 -1583,02 i1kap[A] -63,182 -2,521 -0,1006 -0,0040 -0,0001603 -0,00000639 -0,000000255 -0,00000001019 i1k [A] -1585,54 1583,01 -2,55·10-7 Variaţia in timp a curentului i1kp

Variaţia in timp a curentului i1k Variaţia in timp a curentului i1kap

CAPITOLUL 6. INTREŢINEREA, REPARAREA ŞI ÎNCERCAREA TRANSFORMATORULUI DUPĂ REPARAŢIE Intreţinerea transformatoarelor are in vedere urmatoarele aspecte: starea cuvei starea radiatoarelor starea conservatorului de ulei starea expandorului starea capacului starea bornelor starea instalaţiei de răcire starea aparatelor de pe transformator starea circuitelor secundare starea dispozitivului de acţionare a comutatorului

Repararea transformatoarelor Repararea transformatoarelor se efectuează numai după retragerea lor din exploatare, în baza foii de manevră, de către personalul de exploatare al staţiei sau al postului respectiv. Procesul tehnologic al reparării transformatorului cuprinde următoarele faze importante: izolarea electrică a transformatorului de restul instalaţiei desfacerea legăturilor electrice de la borne deplasarea transformatorului din boxă sau celulă la atelierul de reparaţii demontarea transformatorului repararea părţilor componente defecte remontarea transformatorului incercări reinstalarea transformatorului în boxă sau în celulă refacerea legăturilor la instalaţia electrică ridicarea izolării

După curăţirea miezului magnetic, se efectuează un control minuţios al tolelor din coloane şi jug, privind starea lor, cât şi starea izolaţiei acestora. Dacă la verificarea directă a stării tolelor şi a izolaţiei lor nu se constată urme de incendiu sau scurcircuite locale, trebuie să se efectueze încercari speciale. Pentru precizarea stării izolaţiei între tole se efectuează următoarele încercări: măsurarea pierderilor în gol măsurarea tensiunii între marginale şi pachetele miezului magnetic măsurarea rezistenţei în c.c. a izolaţiei între tolele diferitelor pachete. Infăşurările suferă deteriorări ale conductorului, desfaceri de pe bobină, întreruperi sau contacte între diversele spire ale înfăşurării, alterarea izolaţiei până la arderea ei, etc. Pentru remedieri, înfăşurările transformatorului sunt supuse unei tehnologii de reparaţie care constă în: scoaterea înfăşurărilor de pe miezul magnetic scoaterea izolaţiei de pe conductor, îndepărtarea porţiunilor deteriorate de conductor şi lipirea capetelor reizolarea conductorului vechi rebobinarea înfăşurărilor uscarea, presarea, impregnarea şi coacerea înfăşurărilor remontarea înfăşurărilor pe coloanele miezului magnetic.