Tip nastavnog sata: Obrada novog gradiva.

E L E M E N T I za pripremu nastavnog sataPredmet: Praktična nastava/Laboratorijski rad.Razredi: IV1; IV2; IV3 i IV4, školske 2011/2012.

godine (za period 31.01.- 03.02. 2012). Nastavna jedinica: Parametri strujnih

transformatora značajni za njihovu praktičnu primjenu i eksperimentalna provjera prijenosnogodnosa strujnog mjernog transformatora (SMT – a).

Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna provjera prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko. prof. el. teh.

Elektrotehnička škola za energetiku Sarajevo – Ogledni sat iz Praktične nastave/Laboratorijskog rada

• Tip nastavnog sata: Obrada novog gradiva.

• Nastavne metode: Izlaganja, razgovora, pokazna metoda

i metoda eksperimenta.

Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna promjena prijenosnog odnosa ST-a. Predavač:Hurić Ševko, prof. el. teh.



• Nastavna

sredstva: Kompjuter, zidni monitor, USB, uzorci strujnih, naponskih i energetskih

transformatora, strujni izvor do 300 A, regulacioni transformator 220 V; gradska mreža kao izvor struje frekvencije 50 Hz; ST poznatih parametara; digitalni multimetri kao ampermetri i voltmetri, okasti, ključevi

17 mm, kliješta, spojni provodnici,

te priprema za nastavne sate u

štampanoj i elektronskoj formi.

Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna promjena prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko, prof. el. teh.



• Oblici rada: Frontalni, grupni i individualni.

• Ciljevi časa:

• obrazovni: Obnoviti i utvrditi znanje kod učenika o: glavnim elementima visokonaponskih postrojenja, o principu rada ST–a, njegovim glavnim parametrima –

karakteristikama i načinu povezivanja ST- a u strujno kolo. Zatim, da učenici nauče razlikovati ST od naponskih i energetskh transformatora, te čitati električne sheme i formirati strujne

krugove na osnovu njih. Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna promjena prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko, prof. el. teh.



• funkcionalni: Razvijanje intelektualnih, motornih i senzornih sposobnosti kod učenika, osposobiti učenike da raspoznaju glavne elemente VN postrojenja, a posebno ST-e u odnosu na energetske i naponske transformatore, na shemama i u praksi.




• vaspitni: Stvaranje i razvijanje radne discipline kod učenika. Razvijanje radnih navika i

uvjerenja kod učenika, o neophodnosti sticanja teorijskih znanja koja će koristiti u praksi. Stvaranje

odgovornog odnosa prema sredstvima rada i radnoj okolini.




PARAMETRI STRUJNIH TRANSFORMATORA ZNAČAJNI ZA NJIHOVU PRAKTIČNU PRIMJENU I EKSPERIMENTALNA PROVJERA

PRIJENOSNOG ODNOSA STRUJNOG MJERNOG TRANSFORMATORA


Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna promjena prijenosnog odnosa ST-a. Predavač Hurić Ševko, prof. el. teh.Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna provjera prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko. prof. el. teh.

I) UVODNI DIO ČASA1. Pitanje: Koji su glavni elementi VN razvodnih

postrojenja?

• Odgovor: Glavni elementi VN razvodnih postrojenja su:

- sabirnice, - potporni izolatori, - provodni izolatori, - lančasti izolatori, - rastavljači, - visokonaponski osigurači,


Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna promjena prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko, prof. el. teh. Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna provjera prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko. prof. el. teh.

- učinske sklopke – prekidači,

- učinski rastavljači,

- mjerni transformatori,

- energetski ili transformatori snage,

- prigušnice,

- odvodnici prenapona,- uzemljenja (radna – pogonska, zaštitna i

gromobranska), - iskrišta i

- mjerno-regulacioni i zaštitni uređaji.



2. Pitanje: Kako dijelimo mjerne transformatore?

Odgovor: Mjerne transformatore dijelimo na:

– strujne mjerne transformatore (SMT) i

– naponske mjerne transformatore (NMT).



3. Pitanje: Šta su strujni mjerni transformatori?

Odgovor: Strujni mjerni transformatori su elementi razvodnih postrojenja (VN i NN), čiji je osnovni zadatak da transformišu:

- struju visokonaponskih vodova i postrojenja (bez obzira na njenu jačinu),

- velike struje NN vodova i postrojenja, na struje veličine koje možemo mjeriti normalnim mjernim instrumentima.



II) GLAVNI - TEORIJSKI DIO NASTAVE

4.Pitanje: Kako se izvode ST- ovi i po čemu se razlikuju od transformatora snage?

Odgovor: Strujni transformator principijelno je izveden kao i svaki transformator sa željezom, a sastoji se od primarnog i sekundarnog namota, te željezne jezgre koja je izrađena od dinamo limova.

Primarni namotaj veže se u seriju sa generatorima i vodovima, kako je to prikazano na slici broj 1.


Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna promjena prijenosnog odnosa ST-a. Predavač Hurić Ševko, prof. el. teh. Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna provjera prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko. prof. el. teh.

Slika br. 1: Shematski prikaz, priključak i označavanje priključaka ST-a



Međutim, transformatori snage vežu se paralelno sa generatorom i mrežom, pa struja magnetiziranja kroz primar praktički ne ovisi o prilikama na sekundaru.

Dok, kod ST–a, sekundarna struja I2 ovisi samo o primarnoj struji I1. Ovo je glavna razlika između strujnih mjernih transformatora i transformatora snage.

ST je jednofazni transformator u kratkom spoju, čiji su namoti koncentrično namotani.


Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna promjena prijenosnog odnosa ST-a. Predavač. Hurić Ševko, prof. el. teh. Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna provjera prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko. prof. el. teh.

5. Pitanje: Objasnite na čemu se zasniva

princip rada ST – a?!

• Odgovor: Princip rada ST-a zasniva se na pojavi elektromagnetne indukcije, tj. na istim principima kao i kod svakog drugog transformatora.

Ovo ćemo najlakše objasniti na transformatoru čiji je prijenosni odnos 1:1, koji je shematski prikazan na slici br. 2, a na slici br. 3 prikazan je vektorski dijagram struja i napona ST-a.


Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna promjena prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko, prof.el. teh. Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna provjera prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko. prof. el. teh.

Slika br. 2: Shema spoja transformatora uz prijenosni odnos 1:1



Slika br. 3. Vektorski dijagram struja i napona ST-a.



• Na sekundar transformatora priključen je mjerni instrument ili relej impedanse Z, kroz koji teče struja I2, a kroz primarni namotaj teče struja I1, te dio primarne struje potrebne za održavanje magnetnog toka I0.

• Za tačku “a” po Prvom Kirhofovom zakonu zbir struja mora biti:

gdje je: I0 struja magnetiziranja,

a I2 struja kroz sekundar i trošilo.

201 III



Prethodna jednačina vrijedi za prijenosni odnos 1:1, dok će za prijenosni odnos n1:n2, vrijediti slijedeća jednačina:

221011 nInInI



• Da bi kroz impedansu na sekundaru Z protekla struja I2, potrebno je da na priključnim stezaljkama sekundara vlada napon U2, koji je jednak proizvodu I2 . Z.

• Elektromotorne sile (indukivani naponi) primara i sekundara su jednake, jer ih stvar zajednički magnetni tok, te je isti broj navoja i na primaru i na sekundaru, odnosno E2, veća je od napona na stezaljkama sekundara transformatora U2 za pad napona na impedansi Z2.


Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna promjena prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko. prof. el. teh. Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna provjera prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko. prof. el. teh.

• Magnetna indukcija B u magnetnoj jezgri ovisi o indukovanom naponu E2, a možemo je izraziti jednačinom:

• B = [ T ];

• Pri čemu je:

• n2 – broj navoja sekundara,

• f [Hz] – frekvencija struje,

• S [m2] – presjek željezne jezgre.

Sfn

E

2

2

44,4



• Ako bi sekundar ST- a bio otvoren (I2=0)

i ako bi za to vrijeme proticala primarna struja I1, koja u tom trenutku nema opoziciju, tada ukupna primarna struja postaje jednaka struji magnetiziranja, tj.:

• Ovako velika struja magnetiziranja dovodi do naglog porasta magnetne indukcije u jezgri, što izaziva:

011011 0 IInInI



– povećane gubitke u željezu, koji mogu dovesti do pregrijavanja ili čak izgaranja transformatora,

– povišenje indukovanog napona (U2) na sekundaru ST-a, koji može ugroziti rukovaoce ili izazvati proboj izolacije transformatora, što opet dovodi do uništenja transformatora.



Zato se mora uvažiti zlatno pravilo:“SEKUNDAR STRUJNOG MJERNOG TRANSFORMATORA NIKADA NE SMIJE BITI OTVOREN!“


Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna promjena prijenosnog odnosa ST-a. Predavač Hurić Ševko, prof. el. teh. Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna provjera prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko. prof. el. teh.

• Neposredna posljedica ovog pravila jeste činjenica da se u sekundarni krug ST-a nikada ne ugrađuju osigurači, jer bi njihovim pregaranjem sekundarni strujni krug ostao otvoren.



6. Pitanje: Prilikom izbora ST-a, o kojim parametrima - karakteristikama ST–a moramo voditi računa?

Odgovor: Pri izboru ST-a potrebno je, pored nazivnog napona i frekvencije mreže, u koju se on uključuje, navesti i slijedeće parametre kojim se on u potpunosti definiše:



– prijenosni odnos,

– klasu tačnosti,

– nazivnu snagu,

– faktor sigurnosti (nadstrujni broj, strujni višekratnik),

– termičku graničnu struju i

– dinamičku graničnu struju.



7. Pitanje: Kako definišemo pojedine parametre ST-a?

Odgovor: O svakom parametru kazat ćemo osnovne osobenosti.



• Prijenosni odnos je definisan kao odnos nazivne primarne i nazivne sekundarne struje, npr. 1000/5 A.

• Primarna nazivna struja se odabire prema maksimalnoj struji, koja protiče kroz primarni namot u normalnom pogonu.

• ST se dimenzioniše tako da može trajno podnijeti 20% veću struju od nazivne struje.



Strujni transformatori se izvode za sljedeće nazivne primarne struje (date u amperima):

Sekundarne nazivne struje su uvijek 5 A, a izuzetno 1 A i 10 A.



• Klasa tačnost strujnog trasformatora definiše se njegovom greškom. Greška strujnog mjernog transformatora sastoji se od strujne i ugaone greške.

• Strujna greška (Δi) definiše se izrazom: , pri čemu je:

K – prijenosni odnos, nazivne primarne (I1) i sekundarne struje (I2), tj. njihovih efektivnih vrijednosti.

%1001

12

I

IIKi



• Ugaona greška (δ) definisana uglom između vektora primarne i sekundarne struje (vidi sliku br. 3). Strujna greška je pozitivna ako je Δi > 0. Ugaona greška je pozitivna ako sekundarna struja I2 prednjači primarnoj struji I1.

• Klasa tačnosti ST–a jednaka je dozvoljenoj apsolutnoj strujnoj greški izraženoj u % pri nazivnoj snazi i pri

120 % nazivne primarne struje – greška je ista i za In i za 1,2.In.



• Prema IEC propisima proizvode se mjerni transformatori sljedećih klasa tačnosti:

– za mjerenje : 0,1%; 0,2%; 0,5%; 1%; 3% i 5% i

– za zaštitu: 5P (5%) i 10P (10%).

• Dopuštene ugaone greške za pojedine klase tačnosti su:



• Nazivna snaga [VA] jeste prividna snaga koju transformator šalje u sekundarni strujni krug, kod nazivne sekundarne struje i nazivne sekundarne impedanse, tj.:

Sn = (I2n)2 .Zn [VA],

pri čemu je:

Zn – nazivna sekundarna impedansa [Ω]. Snaga ST–a u bilo kojem trenutku data je

izrazom:

S2 = E2.I2 = 4,44 · n2 · f · B· S · I2.



Mogućnost prenosa snage kod dovršenog transformatora sa primara na sekundar ovisi o proizvodu B· I2, jer su ostali faktori konstantni.

Veoma je važno da na sekundaru ST–a imamo priključenu nazivnu impedansu (Zn), jer smanjenje ili povećanje impedanse na sekundaru, izaziva povećanje greške transformatora.



• Strujni višekratnik – faktor sigurnosti (FS ili n) jeste višekratnik nazivne primarne struje, kod koje, uz nazivnu impedansu, strujna greška iznosi 10%.

Ako, npr. na natpisnoj pločici ST–a imamo ispisane slijedeće podatke:

Sn = 90 VA; 400/5 A; klasa 1; n = 10,

onda nam strujni višekratnik (n = 10) karakteriše tačnost strujnog transformatora u području velikih struja.


Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna promjena prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko, prof..el. teh. Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna provjera prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko. prof. el. teh.

On pokazuje da će kod desetorostuko veće primarne struje (tj. 10x400 = 4000 A), transformator raditi sa greškom od 10 %.

Za pravilno i pravovremeno djelovanje zaštitnih releja, veoma je važno da u području velikih struja (u havarijskom režimu rada sistema – kratki spojevi...) transformator što tačnije radi, kako bi se isključio samo dio sistema koji je u kvaru!


Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna promjena prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko, prof..el. teh. Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna provjera prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko. prof. el. teh.

• Zbog toga se za zaštitu koriste transformatori sa velikim strujnim višekratnikom (n > 10).

• Mjerni instrumenti zahtijevaju što vjerniju transformaciju struje u području nominalne struje, tj. između 10% i 120% nominalne struje, radi čega se priključuju na strujne transformatore sa malim strujnim višekratnikom (n < 5).


Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna promjena prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko, prof. el. teh- Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna provjera prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko. prof. el. teh.

• Termička granična struja Iterm [kA]

(navodi se na natpisnoj pločici transformatora), jeste efektivna vrijednost primarne struje, koju transformator pri kratkospojenom sekundaru može podnijeti bez oštećenja u trajanju od jedne sekunde.

Ona obično ima vrijednost:

Iterm = (60 do 120) In1.



• Dinamička granička struja Idin [kA],

jeste najveća vrijednost amplitude primarne struje, koju transformator može kratkotrajno podnijeti bez oštećenja od elektrodinamičkih sila pri kratko spojenom sekundaru.

Ona obično iznosi:

Idin = (200 do 250) In1.

• Ako dođe do prekoračena termičke i dinamičke granične struje onda transformator biva uništen, kako je to prikazano na slici br. 4.



Slika br.4. Uništen ST, kao psljedica previsokih Iter. i Idin.



• Na natpisnoj pločici navodi se dinamička granična struja samo ako ona nije jednaka Idin = 2,5 Iterm, što znači ako nije navedena dinamička granična struja onda ona iznosi: Idin = 2,5 Iterm.

• U pogledu na termičku i dinamičku struju ST je dobro izabran ako je trajna struja kratkog spoja (Ik) na mjestu ugradnje transformatora manja od termičke granične struje (Iterm) transformatora i ako je dinamička granična struja (Idin) transformatora veća od udarne struje (Iud) kratkog spoja na mjestu ugradnje ST–a .



8. Pitanje: Koje izvedbe strujnih transformatora susrećemo u praksi?

• Odgovor: Strujni transformatori proizvode se kao: suhi, uljni i SF6 plinom izolovani mjerni transformatori.

Suhi strujni mjerni transformatori izrađuju se u obliku porculanskog provodnog izolatora i kao aralditni – zaliveni transformatori, prikazani na slici br. 5.



Slika br. 5. Razni tipovi zalivenih (suhih) ST-a.



Uljni strujni transformatori sastoje se od kazana sa uljem i visokonaponskih namotaja kroz porcelansku izolaciju. Inverzni strujni mjerni transformatori imaju željeznu jezgru na gornjem dijelu izolatora.

Na slici br. 6, prikazan je uljni strujni transformator za napon 35 kV.

Kod strujnih mjernih transformatora uzemljuje se metalno kućište i jedna od sekundarnih stezaljki.



Slika br. 6. Uljni strujni transformator za napon 35 kV.



III) ZAVRŠNI TEORIJSKI DIO ČASA

Da ponovimo parametre ST–a značajne za njegovu praktičnu primjenu i ZAKLJUČIMO:

a) 1. Nazivni napon i frekvencija mreže, 2. Prijenosni odnos, 3. Klasa tačnosti, 4. Strujni višekratnik (faktor sigurnosti), 5. Nazivna snaga, 6. Termička granična struja i 7. Dinamička granična struja.



b) Očigledna razlika između ST-a i NT-a, odnosno transformatora snage je u broju VN priključaka, naime:

1. ST ima dva VN priključka (ulaz i izlaz), kako je to prikazano na slici a).

2. NT ima jedan VN priključak (drugi kraj povezan je sa uzemljivačem), kako je to prikazano na slikama b) i b1), te,

3. Transformator snage ima 7 ili 8 VN i NN priključka u zavisnosti od grupe spoja i napona, kako je to prikazano na slikama c) i c1).


Parametri SMT-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna promjena prijenosnog odnosa SMT-a Predavač Hurić Ševko. prof.el teh Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna provjera prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko. prof. el. teh.


Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna promjena prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko, prof. el. teh.Parametri ST-a značajni za praktičnu primjenu i eksperimentalna provjera prijenosnog odnosa ST-a. Predavač: Hurić Ševko. prof. el. teh.

Slika b1). Suhi naponski transformator za napon 35 kV.



Slika c1). Izgled uljnog transformatora snage-van kotla, za napon 10/0,4 kV.



• IV) GLAVNI DIO ČASA – PRAKTIČNE NASTAVE

1. Zadatak: Provjeriti prijenosni odnos (I1/I2), za strujni transformator tip:

STE – 10 „Energoinvest“ na čijoj se natpisnoj pločici nalaze slijedeći podaci : 300/5 A (I1/I2); U/Ui = 0,6/3 kV; 50 Hz;

30 VA; kl 1; n < 5; Ith = 60.In , te za strujni izvor radioničke izrade!



• 2. ISPITNA OPREMA: • gradska mreža 220 V; 50 Hz, kao izvor struje,• strujni izvor sa sekundarnom strujom do 300 A...kompl. 1,• regulacioni transformator 220/2-270 V; 400 VA........kom 1,• digitalni multimetri kao ampermetri...........................kom.

3, • digitalni multimetar kao voltmetar.............................kom. 1,• okasti ključevi 17 mm..................................................kom.

2,• izvijači 6 mm.................................................................kom.

2,• kombinovana kliješta...................................................kom.

1,• strujni mjerni transformator sa parametrima opisanim u

zadatku, koji je prikazan na slici br. 2.1.;.................kom. 1 i • spojni provodnici i pribor za računanje i crtanje.



Slika br. 2.1. Izgled strujnog transformatora čiji prijenosni odnos provjeravamo.



2. SHEMA SPOJA



Ispitna i spojna opreme.



3. Obrada rezultata mjerenja i računanja



• Domaći zadatak:

Izvršiti obradu rezultata mjerenja, te na osnovu rezultata mjerenja i računanja izvući odgovarajuće zaključke!!

• Hvala na pažnji!

• Ima li pitanja?!

• Ocijeniti učenike koji su držali časove!



Literatura:

1. Rajko Misita, Elektroenergetska postrojenja za 3. i 4. razred usmjerenog obrazovanja „Veselin Masleša“ Sarajevo 1985. godine,

2. Rasim Gačanović, Elektroenergetske podstanice, Institut zaštite od požara Sarajevo 1997. godine,

3. Hrvoje Požar, Visokonaponska rasklopna postrojenja, „Tehnička knjiga“ Zagreb 1978. godine,

4. Katalozi i prospekti: „Energoinvest“ Sarajevo i „Siemens“ Deutschland.



Predmetni nastavnik:

Hurić Ševko, prof. el. teh. Pregledao:

___________________ ____________



Napomene: 1. Vježba se izvodi u okviru tri nastavna sata, s tim da je prvi sat uvodni – teorijski, u toku drugog i trećeg sata sastavljaju se strujni krugovi i vrše mjerenja (svaki učenik ima svoje podatke), te obrada rezultata mjerenja i računanja! 2. Nastavu sam izveo uz pomoć učenika IV4: Ligata Kemala, Sarić Rijada i Vučković Slobodana, koji su izlagali gradivo, spajali sa kolegama strujne krugove i vršili mjerenja, a ja sam samo bio koordinator i dopunjavao gradivo!


Tip nastavnog sata: Obrada novog gradiva.

Documents

Transcript of Tip nastavnog sata: Obrada novog gradiva.