ept33b-5 - transformatoare si autotransformatoare electrice de putere

32
Societatea Comercială de Formare a Energeticienilor din România "FORMENERG" - S.A. Bd. Gheorghe Sincai nr. 3; RO-040311; sector 4; Bucureşti Cod unic de înregistrare 14529126; J40/2265/2002 Tel.: +40 21 330.40.05;Fax: +40 21 330.14.96;E-mail: [email protected];www.formenerg.ro Vasile Tudora TRANSFORMATOARE SI AUTOTRANSFORMATOARE ELECTRICE DE PUTERE Ept33b-5 2008

Upload: razvan-mares

Post on 26-Oct-2015

709 views

Category:

Documents


19 download

TRANSCRIPT

Societatea Comercială de Formare a Energeticienilor din România

"FORMENERG" - S.A.

Bd. Gheorghe Sincai nr. 3; RO-040311; sector 4; Bucureşti Cod unic de înregistrare 14529126; J40/2265/2002 Tel.: +40 21 330.40.05;Fax: +40 21 330.14.96;E-mail: [email protected];www.formenerg.ro

Vasile Tudora

TRANSFORMATOARE SI AUTOTRANSFORMATOARE

ELECTRICE DE PUTERE

Ept33b-5

2008

Verificator: ing. Vasile Tudora Tehnoredactare: tehnored. Gabriela Dron Grafică: tehn. Stefan Zaharoiu

Revizia nr. 0 1 2 3 4 5 6 7 Avizat CTA nr. 63/2006 Reproducerea integrală sau parţială a textului din această broşură este permisă numai cu acordul prealabil scris al S.C. FORMENERG S.A.

Cuprins

1. Rolul transformatorului electric ..................................................................................5 2. Transformatorul electric monofazat ...........................................................................6

2.1. Construcţia şi funcţionarea transformatorului monofazat ..............................6 2.2. Funcţionarea în gol .............................................................................................6 2.3. Funcţionarea în sarcină......................................................................................8 2.4. Funcţionarea reală ..............................................................................................9

3. Transformatorul trifazat .............................................................................................11

3.1. Construcţia şi funcţionarea..............................................................................11 3.2. Tensiunea nominală de scurtcircuit ................................................................13 3.3. Conexiunile transformatoarelor trifazate ........................................................13

4. Autotransformatorul...................................................................................................18 5. Pierderi în transformator ...........................................................................................20

5.1. Pierderi în fier....................................................................................................20 5.2. Pierderi în înfăşurări prin efect Joule (pierderi în cupru) ..............................22

6. Randamentul transformatorului ...............................................................................22 7. Răcirea transformatorului..........................................................................................23 8. Accesoriile transformatoarelor .................................................................................24

8.1. Comutatorul de reglaj al tensiunii ...................................................................24 8.2. Tubulatura de expansiune................................................................................25 8.3. Conservatorul de ulei. Filtrul de aer ................................................................26 8.4. Releul de gaze ...................................................................................................26

9. Protecţia uleiului în transformator ............................................................................26 10. Exploatarea transformatoarelor ................................................................................28

10.1. Supravegherea funcţionării transformatorului ...............................................29 11. Defecte şi regimuri anormale de funcţionare...........................................................30

11.1. Supraîncălzirea transformatorului...................................................................30 11.2. Zgomot (bâzâit) anormal în transformator......................................................31 11.3. Trosnituri în transformator...............................................................................31 11.4. Străpungerea izolaţiei înfăşurătorilor şi întreruperi în înfăşurări .................31 11.5. Funcţionarea protecţiei de gaze ......................................................................31

Bibliografie .......................................................................................................................33

Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere Ept33b-5

5

1. ROLUL TRANSFORMATORULUI ELECTRIC În centralele electrice, tensiunea produsă în generatoarele electrice este de 6 – 24 kV. Transportul economic al energiei electrice produse necesită tensiuni înalte. La locul de utilizare însă, energia electrică trebuie să aibă o tensiune joasă, pentru a putea fi folosită de către consumatori. Este necesară, deci, transformarea energiei electrice de o anumită tensiune în energie electrică de altă tensiune. Această problemă se rezolvă simplu şi economic numai în cazul curentului alternativ, cu ajutorul transformatorului.

Figura 1

Dacă puterea P ar fi transportată la tensiunea U1, rezultând un curent I1, pierderea de putere în linie este:

(1.1) 211 IRp ⋅=

R fiind rezistenţa liniei.

În cazul transportului aceleiaşi puteri la o tensiune U2, de K ori mai mare, (1

2

UU

K = ),

curentul I2 fiind mai mic în acelaşi raport, pierderea de putere este: (1.2) 2

22 IRp ⋅= Făcând raportul pierderilor, rezultă:

22

21

2

1

IRIR

pp

⋅⋅

=

Ept33b-5 Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere

6

şi ţinând cont că KI

I 12 = , rezultă:

2

2

21

21

2

1 K

KII

pp

==

de unde: 212

1K

pp ⋅= (1.3)

adică pierderile de putere, scad cu pătratul raportului dintre cele două tensiuni. Din acest motiv, la extremităţile unei reţele se găsesc transformatoare ridicătoare de tensiune la sursa de energie şi transformatoare coborâtoare de tensiune la distribuţie.

2. TRANSFORMATORUL ELECTRIC MONOFAZAT 2.1. Construcţia şi funcţionarea transformatorului monofazat

Transformatorul monofazat se compune dintr-un miez de fier, care reprezintă un circuit magnetic închis, format din tole cu grosime de 0,3 – 0,5 mm, izolate între ele pentru a evita formarea curenţilor Foucault de intensitate mare. Tolele se confecţionează din oţel electrotehnic laminat la rece, cu cristale orientate, izolate cu carlit (izolaţie ceramică obţinută printr-un tratament de suprafaţă termic şi chimic) care prezintă o creştere a permeabilităţii magnetice în direcţia laminării şi o îngustare a ciclului histerezis, obţinându-se astfel reducerea pierderilor de magnetizare. Pe miezul de fier se bobinează înfăşurările transformatorului (bobine) din sârmă de cupru sau de aluminiu. Porţiunea circuitului magnetic pe care sunt dispuse înfăşurările se numeşte coloană, iar partea care serveşte numai la închiderea circuitului magnetic se numeşte jug. Circuitul căruia i se aplică tensiunea de alimentare se numeşte, pe scurt, primar. Circuitul al doilea, se numeşte secundar; el este generatorul de tensiune în circuitul de întrebuinţare. Acelaşi circuit de la doi transformatori identici poate fi numit primar sau secundar, după cum se găseşte la capătul liniei de unde se furnizează energia electrică sau la capătul liniei receptoare de energie electrică. 2.2. Funcţionarea în gol Să presupunem ambele circuite ale transformatorului înfăşurate în acelaşi sens, având fiecare W1 şi respectiv W2 spire şi că transformatorul funcţionează în gol I2 = 0 (adică circuitul secundar este fără consumator).

Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere Ept33b-5

7

Dacă se aplică transformatorului tensiunea u1 (de valoare efectivă U1), în primar apare curentul de intensitate i0 (de valoare efectivă I0), numit curentul de mers în gol, care dă naştere fluxului magnetic alternativ Φ. Acest flux variabil care străbate spirele ambelor înfăşurări face să apară, în cele W1 spire ale primarului, o tensiune electromotoare de autoinducţie:

t

WeΔΔΦ

⋅−= 11 (2.1)

iar în secundar, tensiunea electromotoare:

t

WeΔΔΦ

⋅−= 22 (2.2)

Prin împărţire rezultă:

2

1

2

1

WW

ee

= (2.3)

Conform legii lui Ohm aplicată circuitului primar, suma dintre tensiunea de alimentare u1 şi t.e.m. de autoinducţie e1 trebuie să fie egală cu căderea de tensiune în primar.

0111 iReu ⋅=+ (2.4)

unde R1 este rezistenţa înfăşurării primare.

De obicei, valoarea R1 este mică şi produsul 01 iR ⋅ poate fi neglijat, astfel că:

(2.5) 11 ue −≈

Semnul minus arată că t.e.m. de autoinducţie e1 este în opoziţie de fază cu tensiunea reţelei de alimentare a transformatorului u1. La funcţionarea în gol a transformatorului, t.e.m. e2 este egală cu tensiunea u2 la bornele secundarului:

(2.6) 22 ue =

Prin împărţire se obţine:

2

1

2

1

uu

ee

−≈ (2.7)

Din relaţiile (2.3) şi (2.7) rezultă că t.e.m. e1 şi e2 sunt în fază, iar tensiunile u1 şi u2 sunt în opoziţie de fază (semnul minus din faţa raportului indică această defazare de 180°).

Ept33b-5 Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere

8

Din aceleaşi relaţii, scrise în valoare absolută, rezultă relaţia între valorile efective ale mărimilor alternative e1, e2, u1, u2.

KWW

EE

UU

==≈2

1

2

1

2

1 (2.8)

Raportul tensiunilor la bornele înfăşurărilor, la mersul în gol al transformatorului, notat cu K, se numeşte raport de transformare al transformatorului. Diagrama vectorială a mersului în gol al transformatorului este reprezentată în fig. 2. Tensiunile electromotoare E1 şi E2 sunt în întârziere faţă de fluxul magnetic cu ¼ perioadă (90°).

Figura 2

Dacă K<1, U2>U1, transformatorul este numit transformator ridicător de tensiune, iar dacă K>1, U2<U1, el se numeşte coborâtor de tensiune. Când K = 1, U2 = U1, transformatorul serveşte la separarea circuitelor, ele rămânând cuplate prin câmpul magnetic, adică cuplate inductiv.

2.3. Funcţionarea în sarcină

Prin funcţionarea în sarcină a transformatorului se înţelege aplicarea tensiunii U1 înfăşurării primare, înfăşurarea secundară fiind conectată pe un receptor. În acest caz, circuitul secundar fiind închis, t.e.m. indusă va produce în el un curent de intensitate I2. Acest curent produce la rândul său un flux care, conform legii lui Lenz, este de sens contrar cu fluxul produs de curentul primar. Fluxul Φ - rezultant este dat de amper-spirelor din primar şi secundar. În secundar, amper-spirele sunt 22 IW ⋅ ; în primar, reprezintă suma vectorială a amper-spirelor corespunzând mersului în gol şi a amper-spirelor 01 IW ⋅ 11 IW ⋅ , care trebuie să se opună amper-spirelor din secundar, pentru ca fluxul în miezul transformatorului să rămână constant (fig. 3 a).

011122 IWIWIW ⋅=⋅+⋅ (2.9)

Curentul I0 fiind foarte mic în raport cu curentul de sarcină I1, este posibil să se neglijeze în primă aproximaţie amper-spirele funcţionării în gol, 01 IW ⋅ şi relaţia (2.9) devine:

2211 IWIW ⋅=⋅

Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere Ept33b-5

9

Rezultă: KW

WII 1

1

2

2

1 == (2.10)

Deci, curenţii din primar şi secundar sunt în opoziţie de fază şi sunt în raport invers cu numărul de spire. Reprezentarea vectorială a tensiunilor şi amper-spirelor, în acest caz, se prezintă ca în figura 3 b.

a b Figura 3

Defazajele dintre tensiunile şi curenţii din primar, respectiv din secundar sunt egale,

21 ϕϕ = . Puterile active şi reactive primare şi secundare sunt egale:

222111 coscos ϕϕ ⋅⋅=⋅⋅ IUIU

222111 sinsin ϕϕ ⋅⋅=⋅⋅ IUIU

Funcţionarea transformatorului fără cădere de tensiune, fără pierdere de putere activă şi reactivă, cu un curent de mers în gol nul, este numită funcţionarea transformatorului perfect.

2.4. Funcţionarea reală

La funcţionarea transformatorului perfect s-au omis trei tipuri de erori: • S-a considerat curentul de magnetizare I0 = 0; • S-au neglijat rezistenţele şi reactanţele înfăşurărilor primare (R1, X1)

şi secundare (R2, X2). • Circuitul magnetic nu prezintă pierderi.

În realitate:

• Curentul de mers în gol I0 este mic, dar nu este neglijabil; • Curenţii I1 şi I2 nu sunt exact în opoziţie; • Unghiurile de defazaj ϕ1 şi ϕ2 ale curenţilor primar şi secundar în raport cu

tensiunile lor nu sunt egale;

Ept33b-5 Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere

10

• Rezistenţele înfăşurărilor şi reactanţele nu sunt neglijabile: o Apar căderi de tensiune în primar – R1I1, X1I1 şi în secundar – R2I2, X2I2; o Tensiunile la borne U1 şi U2 nu mai sunt egale cu t.e.m. E1 şi E2; o Pierderile magnetice nu sunt neglijabile, cuplajul magnetic al celor două

înfăşurări nu este perfect. Fluxul total prin fiecare înfăşurare poate fi considerat ca suma unui flux comun ΦC şi a unui flux de scăpări f1 şi f2 (fig. 4).

Figura 4

Aceste pierderi sunt aproape exclusiv prin aer, astfel că fluxurile de scăpări sunt proporţionale cu curenţii din înfăşurările respective şi în fază cu aceştia. Datorită traseului aerian, fluxurile de scăpări au valori foarte mici în raport cu fluxul util. Diagrama vectorială a transformatorului la funcţionarea reală este reprezentată în fig. 5.

Figura 5

Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere Ept33b-5

11

unde:

R1I1 ; R2I2 căderile tensiune de pe rezistenţele ohnice ale înfăşurărilor primară respectiv secundară ωL1I1 ; ωL2I2 căderile tensiune de pe reactantele inductive ale înfăşurărilor transformatorului U1 ; U2 tensiunea la bornele înfăşurărilor E1 tensiunea electromotoare de autoinducţie în înfăşurătoare primară E2 t.e.m. indusă în înfăşurătoare secundară

3. TRANSFORMATORUL TRIFAZAT

3.1. Construcţia şi funcţionarea

Transformarea unei energii electrice de curent trifazat, de anumită tensiune, într-o energie de curent trifazat de altă tensiune, se poate realiza prin intermediul unei grupe de trei transformatoare monofazate sau cu ajutorul unui transformator trifazat. Un transformator trifazat constă dintr-un miez de fier cu cele trei coloane, cu înfăşurările primare şi secundare montate pe aceste coloane (fig. 6). Pe fiecare coloană a miezului se montează două bobine aparţinând unei faze, una reprezintă înfăşurarea primară, iar cealaltă înfăşurarea secundară.

Figura 6

Ept33b-5 Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere

12

Deoarece suma vectorială ale celor trei curenţi într-un sistem trifazat este totdeauna egală cu zero, este evident că suma vectorială a celor trei fluxuri magnetice produse de aceşti curenţi este de asemenea egală cu zero. Aşadar, în fiecare moment de timp, suma valorilor instantanee ale fluxurilor magnetice ale celor două faze este egală ca mărime şi inversă ca semn cu fluxul magnetic al fazei a treia. Fenomenele care se petrec în fiecare fază a unui transformator trifazat, nu se deosebesc de fenomenele unui transformator monofazat şi, prin urmare, diagrama vectorială a unui transformator monofazat poate fi privită ca diagrama uneia din fazele transformatorului trifazat.

Raportul de transformare al transformatorului trifazat

Ca şi în cazul transformatorului monofazat, raportul de transformare al transformatorului trifazat se defineşte ca raportul tensiunilor măsurate în gol la bornele omoloage:

2

1

l

l

ca

CA

bc

BC

ab

ABU U

UUU

UU

UU

K ==== (3.1)

unde şi - tensiunile de linie primară şi secundară

1lU

2lU

Spre deosebire de transformatorul monofazat, raportul de transformare KU depinde de schema de conexiuni nefiind totdeauna egal cu raportul spirelor, care rămâne mereu acelaşi. Se consideră conexiunea stea – stea:

fl UU ⋅= 3 atunci se poate scrie:

Wf

f

f

f

l

lU K

WW

UU

UU

UU

K ===⋅

⋅==

2

1

2

1

2

1

2

1

33

(3.2)

Rezultă că, în cazul acestei conexiuni raportul de transformare este egal cu raportul spirelor. La conexiunea stea în primar şi triunghi în secundar, pentru circuitul primar este valabilă relaţia:

11

3 fl UU ⋅= iar pentru circuitul secundar:

22 fl UU = Aşadar, raportul de transformare va fi:

Wf

f

l

lU K

UU

UU

K ⋅=⋅

== 33

2

1

2

1 (3.3)

adică mai mare decât raportul spirelor cu 3 . Urmând raţionamentul de mai sus, pentru orice conexiune a transformatorului, se poate stabili relaţia între raportul de transformare şi raportul spirelor.

Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere Ept33b-5

13

3.2. Tensiunea nominală de scurtcircuit

Se determină printr-o încercare în scurtcircuit. Cu secundarul în scurtcircuit se alimentează înfăşurarea primară a transformatorului cu tensiune progresivă, astfel încât prin înfăşurări să circule curenţii I1SC şi I2SC egali cu curenţii nominali ai înfăşurărilor; valoarea tensiunii pentru care se obţin curenţii nominali în înfăşurările transformatorului, se numeşte tensiune nominală de scurtcircuit (fig. 7). Tensiunea de scurtcircuit relativă (USC%) înscrisă pe placa transformatorului, reprezintă raportul între tensiunea nominală de scurtcircuit şi tensiunea nominală a înfăşurării prin care se face alimentarea cu tensiune la efectuarea probei, înmulţit cu 100:

Figura 7

100% ⋅=n

SCnSC U

UU (3.4)

3.3. Conexiunile transformatoarelor trifazate

Începuturile înfăşurărilor de înaltă tensiune se notează cu A, B, C, iar sfârşiturile cu X, Y, Z. Pentru înfăşurările de joasă tensiune se utilizează acelaşi mod de notaţie, dar cu litere mici: a, b, c respectiv x, y, z (fig. 8).

Figura 8

Ept33b-5 Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere

14

Borna de nul se notează cu litera N pentru înfăşurarea de înaltă tensiune, respectiv cu n pentru înfăşurarea de joasă tensiune. Cunoscând bornele înfăşurărilor se pot conecta corect înfăşurările transformatorului trifazat în stea, în triunghi sau zig – zag (fig. 9).

Figura 9

Primele două conexiuni se întâlnesc atât la transformatoare cât şi la motoare electrice. Conexiunea zig – zag este specifică transformatoarelor. Conexiunile înfăşurărilor de înaltă tensiune se reprezintă prin simbolurile Y – stea, Δ - triunghi, Z – zig-zag; pentru înfăşurările de joasă tensiune se notează în acelaşi mod, dar cu litere mici. Dacă o conexiune are punctul de nul scos, la simbolul corespunzător se adaugă indicele o. Toate combinaţiile de conexiuni (în număr de şase) sunt reprezentate în figura 10.

Figura 10

Dar, dacă se schimbă între ele capetele fiecărei faze, fie în primar, fie în secundar, ceea ce echivalează cu bobinarea în sens invers a înfăşurărilor respective, se obţine o altă clasă de conexiuni; se zice că aceasta este răsturnată celeilalte. Rezultă deci, 12 clase de conexiuni.

Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere Ept33b-5

15

În tabelul 1 sunt prezentate schemele de conexiuni utilizate mai frecvent. Tabelul 1

s În funcţionarea normală conexiunile pot fi de orice fel. În regim dezechilibrat, anumite montaje prezintă grave inconveniente. În cele ce urmează vor fi examinate calitativ principalele conexiuni.

2

1

WW

2

1

WW

2

1

3WW

2

13W

W

2

1

32

WW

2

1

3WW

2

13W

W

2

1

32

WW Yz-11

2

21

WWW +Y0

Ept33b-5 Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere

16

Conexiuni stea-stea

Dezechilibrul cel mai grav se produce în cazul debitării unei singure faze pe neutru, este cazul clasic al transformatoarelor coborâtoare de tensiune din reţelele de utilizare care au un caracter mixt de iluminat şi forţă. Curentul de dezechilibru secundar ia face să apară un curent primar IA în faza considerată, care se închide prin fazele B şi C. Astfel amper-spirele primare şi secundare nu se mai compensează în coloanele B şi C (fig. 11). Se constată o scădere de tensiune pe faza A şi supratensiuni periculoase pe fazele B şi C şi totodată apar pierderi exagerate. Deci montajul nu poate fi folosit în regim dezechilibrat. Dacă sarcina nu este simetrică, curentul în conductorul neutru nu trebuie să depăşească 25% din curentul nominal.

Figura 11 Figura 12

Conexiunea triunghi-stea

În acest caz, curentul primar IA produs de curentul de dezechilibru ia , circulă din firul de linie A la firul de linie C prin înfăşurarea fazei considerate. Compensarea amper-spiralelor primare şi secundare ale coloanelor B şi C este păstrată (fig. 12). Inconvenientele montajului stea-stea sunt astfel evitate.

Conexiunea stea - zigzag

La această conexiune înfăşurarea secundară a fiecărei faze este divizată în două semi-bobine identice, plasate pe două miezuri diferite şi puse în serie în sens invers. Curentul de dezechilibru Ia dă naştere curentului primar IA care circulă prin coloanele A şi B (fig. 13).

Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere Ept33b-5

17

Concepţia înfăşurărilor permite să se realizeze compensarea amper-spiralelor primare şi secundare în fiecare coloană. Inconvenientele montajelor stea-stea şi triunghi-stea sunt astfel evitate. Cuplajul zig-zag sau dublă stea se întrebuinţează numai în secundarul transformatoarelor în care primarul este legat de obicei în stea, această conexiune se foloseşte numai pentru puteri mici şi numai pentru transformatoare coborâtoare de tensiune ale reţelelor de utilizare.

Ia

Figura 13

În diagramele vectoriale, tensiunile între faze sunt reprezentate prin triunghiuri echilaterale ABC, în care A, B, C se succed în sensul pozitiv (sensul acelor de ceasornic). Dacă înfăşurările sunt conectate în triunghi, laturile triunghiului ABC, care reprezintă tensiunile între faze, reprezintă în acelaşi timp şi tensiunile de fază ale înfăşurărilor. Dacă înfăşurările sunt legate în stea, între tensiunile de fază şi tensiunile între faze este un decalaj de 30o (fig. 14).

Figura 14

Ept33b-5 Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere

18

Pentru exprimarea unghiului de defazaj între tensiunile la borne omoloage, primare şi secundare, se ia ca unitate de defazaj unghiul de 30o, pe care-l fac între ele semnele celor 12 ore pe cadranul unui ceasornic; atunci defazajul poate fi simbolizat cu cifra indicată de vectorul tensiunii secundare pe cadranul ceasornicului, vectorul tensiunii omoloage primare indicând cifra 12 pe cadran (fig. 15).

Figura 15

De exemplu, dacă se consideră conexiunea Yy – 12, primarul şi secundarul legate în stea, vectorul tensiunii primare indică ora 12, iar vectorul tensiunii secundare omoloage, de asemenea ora 12, unghiul de defazaj fiind 12 x 30 = 360o (adică sunt în fază). În conexiunile Yd-11, primarul în stea şi secundarul în triunghi, vectorul tensiunii primare indică ora 12, iar vectorul tensiunii secundare omoloage ora 11, ceea ce înseamnă un unghi de defazaj de 11 x 30 = 330o.

4. AUTOTRANSFORMATORUL Autotransformatorul este un transformator cu două înfăşurări, mono sau trifazat, a cărei înfăşurare de joasă tensiune reprezintă o parte a înfăşurării de înaltă tensiune, cele două părţi deosebindu-se numai prin secţiunea conductoarelor. Dispunerea înfăşurării autotransformatorului este arătată în figura 16 a,b

Figura 16

Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere Ept33b-5

19

Autotransformatoarele pot fi folosite ca ridicătoare, cât şi coborâtoare de tensiune. Figura 17 a,b prezintă schemele echivalente ale transformatoarelor coborâtoare şi ridicătoare de tensiune.

Figura 17 a,b

Raportul de transformare al autotransformatorului, ca şi pentru transformatorul cu două înfăşurări, se defineşte ca raport al t.e.m.:

0,2

1

2

1

2

1

UU

WW

EEKU ≅== (4.1)

Conform sensurilor adoptate, având în vedere că între bornele AX înfăşurarea prezintă W1 spire, iar între bornele ax – W2 spire, se poate scrie ecuaţia de funcţionare a transformatorului: ( ) 11022,1211 WIWIWWI ⋅=+−⋅ ⋅ (4.2) sau dacă se neglijează curentul de mers în gol (I10) ( ) 022,1211 =+−⋅ ⋅WIWWI (4.3) Aplicând teorema lui Kirchhoff în punctele m şi n se obţine relaţia I1+I2 = I1,2 (4.4) Astfel încât relaţia (4,3) devine:

02211 =⋅+⋅ WIWI sau 12

12 I

WWI ⋅−= (4.5)

Curentul I2 este defazat faţă de curentul I1 cu un unghi de aproape 1800, adică va fi îndreptat în sens invers curentului I1. Aşadar, curentul în porţiunea bobinajului cu numărul de spire W2 va fi egal cu diferenţa curenţilor I1 şi I2. acest fapt duce pe de o parte la micşorarea pierderilor de încălzire a înfăşurărilor, iar pe de altă parte, dă posibilitatea să se execute această porţiune a bobinajului dintr-un conductor cu secţiune mai mică, obţinându-se astfel o economie de material în înfăşurări.

Ept33b-5 Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere

20

Faptul că circuitul de joasă tensiune funcţionează la acelaşi potenţial faţă de pământ ca şi circuitul de înaltă tensiune, izolaţia faţă de miez (pământ) a acestuia trebuie realizată la acelaşi nivel. În figura 18 este reprezentată schema electrică a unui autotransformator trifazat.

Figura 18

Practic, utilizarea transformatorului este avantajoasă numai la rapoarte de transformare mai mici sau egale cu doi (în punctele de interconexiune a liniilor de transport a căror tensiuni sunt apropiate).

5. PIERDERI ÎN TRANSFORMATOR 5.1. Pierderi în fier

Pierderile în fier depind de fluxul care circulă în circuitul magnetic. Acest flux este practic independent de sarcina transformatorului, deci şi pierderile în fier sunt independente de sarcina transformatorului. Pierderile în fier sunt de două feluri:

• Pierderi prin curenţi Foucault • Pierderi prin histerezis

a. Pierderi prin curenţi Foucault Tolele circuitului magnetic sunt supuse variaţiilor fluxului şi ca urmare în interiorului lor se produc tensiuni electromotoare, care determină o circulaţie de curenţi în tole. Aceşti curenţi numiţi curenţi Foucault, produc încălzirea tolelor prin efectul Joule. Pentru reducerea acestor pierderi, circuitul magnetic se realizează din tole de grosime redusă izolate între ele.

b. Pierderi prin histerezis Substanţele feromagnetice (de exemplu fierul) se magnetizează dacă sunt plasate într-un câmp magnetic de inducţie B. Prin creşterea intensităţii câmpului magnetic, magnetizarea fierului tinde spre o limită de saturaţie.

Descrescând intensitatea câmpului, pentru aceeaşi valoare a câmpului, nu se găseşte aceeaşi valoare a magnetizării. Dacă intensitatea câmpului devine zero, fierul păstrează o magnetizare remanentă (fig. 19)

Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere Ept33b-5

21

Variaţia câmpului magnetic între două valori egale +H1 şi –H1, produsă de un curent alternativ care circulă printr-un solenoid, determină magnetizarea fierului după o curbă închisă numită ciclul histerezis (fig. 19).

Energia pierdută în fier este egală cu suprafaţa ciclului histerezis.

Figura 19 Calitatea oţelului din care se confecţionează circuitul magnetic al transformatorului este aleasă astfel încât suprafaţa ciclului să fie cât mai mică. Separarea pierderilor în fier în pierderi histetezis şi pierderi prin curenţi Foucault, se bazează pe faptul că la inducţie constantă în fier, deci la aceeaşi tensiune primară aplicată transformatorului, pierderile histerezis variază proporţional cu frecvenţa, iar pierderile prin curenţi Foucault cu pătratul frecvenţei. Efectuând două măsurători ale puterii consumate la mersul în gol, la frecvenţe diferite f1 şi f2, rezultă:

PFc = PH + PF = af1 + b 21f 222

'F

'H

'Fc bfafPPP +=+=

unde PH, , P1

HP F, sunt pierderile histerzis respectiv Foucault, corespunzătoare frecvenţelor f

1FP

1 şi f2. f1 şi f2 frecvenţele de efectuare a măsurătorilor de valori cunoscute.

Prin rezolvarea sistemului se determină constantele a şi b şi prin aceasta pierderile în fier, separate în pierderi histerezis şi pierderi Foucault.

Ept33b-5 Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere

22

5.2. Pierderi în înfăşurări prin efect Joule (pierderi în cupru) Înfăşurările primare şi secundare ale transformatorului au o anumită valoare a rezistenţei ohmice. Dacă R1 şi R2 sunt rezistenţele înfăşurărilor primară şi secundară, I1 şi I2 curenţii care circulă prin aceste înfăşurări, atunci pierderile prin efect Joule sunt:

• În înfăşurarea primară R12

1I• • în înfăşurarea secundară 2

22 IR • Pierderile prin efect Joule, în transformator sunt egale cu suma pierderilor din înfăşurări:

PCu = R1 2

1I• + 222 IR •

6. RANDAMENTUL TRANSFORMATORULUI Se defineşte ca raportul dintre puterea activă P2 furnizată de secundar şi puterea activă P1, primită de către primar de la reţeaua de alimentare. Diferenţa P1 – P2 reprezintă puterea pierdută în transformator (PCu) şi pierderile în fier (PFe). Deci expresia randamentului este:

1

2

PP

=η sau FeCu PPP

P++

=2

deoarece transformatoarele nu au piese în mişcare, ele nu au pierderi de energie prin frecări şi funcţionează cu randamente mai mari decât ale maşinilor electrice rotative, atingând chiar 99% la transformatoarele de putere foarte mare. În figura 20 este reprezentată curba randamentului unui transformator în funcţie de sarcină.

Figura 20

Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere Ept33b-5

23

7. RĂCIREA TRANSFORMATORULUI Pierderile în fier şi în cupru se transformă în căldură. Încălzirea transformatorului trebuie limitată la o anumită valoare, astfel încât în nici un punct temperatura să nu atingă o valoare periculoasă pentru starea izolaţiei. Durata de viaţă a materialelor izolante este redusă când sunt supuse la temperaturi anormale. De exemplu, dacă durata unui material izolant este de 20 ani, când el funcţionează la temperaturi de 80 – 900 C, acesta scade la jumătate dacă temperatura de funcţionare este de 1050C. Căldura degajată în transformator se evacuează în mediul înconjurător prin intermediul uleiului. Uleiul în contact cu tolele şi cu înfăşurările, se ridică spre capacul cuvei intrând în contact cu suprafaţa cuvei şi a radiatoarelor de răcire; uleiul răcit revine spre înfăşurări şi circuitul magnetic şi ciclul continuă. Când puterea transformatorului creşte, cresc şi pierderile şi, ca urmare, suprafaţa netedă a cuvei devine insuficientă pentru a evacua căldura; atunci se adoptă soluţii care oferă aerului ambiant o suprafaţă mai mare de răcire (ondularea pereţilor cuvei, adăugarea la cuvă a radiatoarelor etc). Răcirea astfel realizată se numeşte răcire naturală cu ulei, simbolul NL (N – circulaţie naturală a uleiului, L – mişcarea naturală a aerului). Pierderile transformatoarelor de mare putere sunt apreciabile, rezultând o cantitate mare de căldură care trebuie evacuată. Pentru a accelera transmiterea căldurii de la partea activă în mediul ambiant, se folosesc diferite sisteme de răcire. a. Ventilaţie forţată Pentru a activa schimbul de căldură din transformator în mediul ambiant, se utilizează ventilatoare care suflă aer proaspăt pe pereţii radiatoarelor. Acest sistem se numeşte răcire naturală cu ulei, cu ventilaţie forţată (suflare - S) a aerului, simbol NS.

După felul cum circulă curentul de aer prin suprafaţa radiatoarelor, ventilaţia forţată se realizează în două variante: • Longitudinală (de jos) • Transversală (din lateral) La transformatoare de mare putere, radiatoarele sunt aşezate în baterii separate, alături de transformator şi legate de el prin ţevi. Uleiul răcit în radiatoare este retransmis transformatorului. b. Circulaţia forţată a uleiului Pentru a mări viteza de circulaţie a uleiului, în radiatoare şi a activa astfel schimbul de căldură se utilizează pompe de circulaţie intercalate în circuitul de ulei (circulaţie forţată de ulei - F); radiatoarele sunt răcite natural cu aer, sistemul de răcire are simbolul FL.

La transformatoare de mare putere, se utilizează împreună cu circulaţia forţată a uleiului şi ventilaţia forţată, sistemul de răcire având sistemul FS.

Ept33b-5 Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere

24

c. Răcirea cu apă Acest sistem de răcire (simbolul A) se adoptă în special în situaţia în care spaţiul de montaj este redus; capacitatea mare de răcire a apei permite realizarea unei răciri corespunzătoare, în gabarite mult reduse. Răcirea cu apă se execută în două variante: • Prin serpentine instalate în cuva transformatorului prin care circulă apă; • Prin baterii de radiatoare, separate de cuvă, răcite cu apă; uleiul cald este transmis în

radiatoare prin intermediul pompelor de ulei. Sistemul de răcire are simbolul FA.

Pentru a evita pătrunderea apei în ulei, presiunea uleiului trebuie să fie întotdeauna mai mare decât presiunea apei din radiatoare. 8. ACCESORIILE TRANSFORMATOARELOR 8.1. Comutatorul de reglaj al tensiunii

Tensiunea secundară trebuie menţinută în anumite limite, când tensiunea primară variază. Aceasta se realizează prin modificarea raportului de transformare, mărind sau micşorând numărul de spire, fie în înfăşurarea primară, fie în înfăşurarea secundară. Dacă U1 este tensiunea primară, şi U2 tensiunea secundară, W1 numărul de spire al înfăşurării primare şi W2 numărul de spire al înfăşurării secundare, atunci:

1

212 W

WUU ⋅=

a. Reglarea tensiunii în trepte cu deconectarea transformatorului Schimbarea prizelor (modificarea în trepte a numărului de spire al înfăşurării) se face cu ajutorul unui comutator legat pe punctul neutru al înfăşurărilor conectate în stea (fig. 21). Comutatorul este manevrat printr-o manivelă aşezată la exteriorul cuvei transformatorului. Numerotarea prizelor se face de la 1 la n, cifra 1 corespunzând celui mai mare număr de spire al înfăşurării.

Figura 21

Schimbarea prizelor nu se poate face decât dacă transformatorul este scos de sub tensiune.

Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere Ept33b-5

25

b. reglarea tensiunii în trepte în sarcină Comutatoarele de priză în sarcină fac să varieze tensiunea secundară a transformatorului, trecând de la o priză la alta fără scoatere din funcţiune. Prizele pot fi:

• pe înfăşurarea primară • pe înfăşurarea secundară • la extremitatea înfăşurărilor • la mijlocul înfăşurărilor, când înfăşurările sunt în triunghi.

Schimbarea sub sarcină a raportului de transformare este prevăzută pentru transformatoarele şi autotransformatoarele de IT şi FIT în care circulaţia de putere reactivă, prezintă variaţii mari în timpul zilei. La acestea, reglajul de tensiune se face cu comutatoare de reglaj sub sarcină montate în aceeaşi cuvă . Acest sistem mai este denumit reglarea directă şi presupune ca pe lângă înfăşurarea de înaltă tensiune să se prevadă o înfăşurare de reglaj ale cărei prize sunt legate la selectorul comutatorului de ploturi. 8.2. Tubulatura de expansiune

Pentru protejarea cuvei şi a radiatoarelor împotriva suprapresiunilor interne care se pot crea ca urmare a degajărilor de gaze rezultate din descompunerea materialelor izolante sau a uleiului sub acţiunea arcului electric, se montează deasupra cuvei supapa de siguranţă numită şi ţeava de expansiune. Aceasta are o înclinaţie faţă de cuvă pentru ca la acţionare, uleiul să fie evacuat în afara transformatorului. La capătul ţevii de expansiune se montează o diafragmă din tablă subţire de cupru sau alamă, dimensionată corespunzător, faţă de presiunea pe care o poate suporta cuva. Pentru a preveni spargerea membranei la variaţia nivelului de ulei (comprimarea sau rarefierea aerului din ţeavă cuprins între suprafaţa uleiului şi membrană) spaţiul dintre membrană şi ulei se pune în legătură cu conservatorul printr-o ţeavă subţire de egalizare (fig. 22).

Figura 22

Ept33b-5 Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere

26

8.3. Conservatorul de ulei. Filtrul de aer Conservatorul de ulei este un rezervor aşezat deasupra capacului transformatorului şi care comunică cu cuva printr-o conductă cu mică înclinare (spre conservator) pentru a asigura circulaţia gazelor (eventual a aerului) din transformator în conservator. Conservatorul asigură menţinerea în stare plină a cuvei şi preia variaţiile de volum ale uleiului produse de temperatura transformatorului (temperatura cea mai scăzută când transformatorul este deconectat în timpul cel mai friguros al anului şi temperatura maxim admisibilă a uleiului). În contact cu aerul, uleiul cald se oxidează. Pe de altă parte, uleiul absoarbe umezeala din aerul cu care vine în contact. Conservatorul reduce suprafaţa de ulei în contact cu aerul, iar temperatura uleiului din conservator este net inferioară temperaturii uleiului din cuvă. În aceste condiţii, procesul de oxidare şi de absorbţie a umidităţii se produc mult mai lent. 8.4. Releul de gaze Cunoscut şi sub denumirea de releu Bucholtz, asigură protecţia transformatorului împotriva defectelor interne. Funcţionarea releului se bazează pe principiul că orice defect care se produce în transformator (defectarea izolaţiei principale sau a izolaţiei între spire, defectarea miezului, etc.) formează centre locale de temperatură ridicată, provocând în locul respectiv descompunerea uleiului, care este însoţită de gaze ca produse ale descompunerii. Releul de gaze este amplasat pe conducta de legătură între cuvă şi conservator. În interior releul are două plutitoare:

• plutitorul superior coboară în cazul când în releu se adună o anumită cantitate de gaze închizând totodată contactele cu mercur care dau semnalizare;

• plutitorul inferior, montat între intrarea şi ieşirea uleiului din releu şi acţionează atunci când viteza fluidului prin releu, depăşeşte o anumită valoare; aceasta se întâmplă când apare un defect important în transformator, care produce brusc o degajare mare de gaze. Contactul cu mercur legat cu plutitorul inferior, dă declanşarea transformatorului pe toate tensiunile.

Plutitorul inferior acţionează şi în alte cazuri în afara defecţiunilor în bobinaje:

• scăderea nivelului uleiului în releu sub plutitorul inferior • neevacuarea la timp a aerului colectat în releu, care conduce la scăderea nivelului

de ulei în releu etc. 9. PROTECŢIA ULEIULUI ÎN TRANSFORMATOR Caracteristicile izolante ale uleiului se înrăutăţesc în timpul funcţionării sub influenţa a doi factori: umiditatea şi oxigenul. În consecinţă, metoda cea mai simplă de protecţie a uleiului este izolarea lui de influenţa atmosferei. La majoritatea transformatoarelor rolul de protecţie este asigurat de conservator. Influenţa umidităţii atmosferice poate fi eliminată parţial prin introducerea pe ţeava de legătură între conservator şi mediul înconjurător a unui dispozitiv în care aerul trece printr-un strat care absoarbe umiditatea, numit filtru de aer (fig. 23).

Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere Ept33b-5

27

Ca material absorbant se foloseşte gelul de siliciu numit silicagel în adaos cu clorură de calciu şi întotdeauna cu un mic adaos de clorură de cobalt, care dă silicagelului uscat o culoare albastră. Sub influenţa umidităţii absorbite, această culoare se schimbă în roşu. Caracteristicile higroscopice ale silicagelului pot fi regenerate, încălzindu-l la 400-5000C până când capătă iarăşi culoarea albastră. Eficienţa filtrelor este pusă sub semnul întrebării prin faptul că, în timpul unei ceţe dense se poate satura rapid cu umiditate, nemai îndeplinindu-şi rolul. Filtrele de silicagel reţin umezeala din aer dar nu înlătură absorţia oxigenului. Din acest motiv se utilizează din ce în ce mai frecvent construcţii care preîntâmpină orice contact între uleiul transformatorului şi atmosferă. În prezent, a căpătat o utilizare largă o altă metodă de protejare a uleiului din transformator constând în izolarea lui faţă de influenţa atmosferei printr-o membrană elastică din material plastic (fig. 24).

Figura 24

Simplitatea construcţiei şi a deservirii în timpul exploatării, face ca acest mod de protecţie a uleiului să reprezinte o soluţie superioară faţă de celelalte soluţii folosite. Din acest motiv, protejarea uleiului din transformator cu o membrană elastică, a căpătat o utilizare din ce în ce mai largă.

Figura 23

Ept33b-5 Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere

28

10. EXPLOATAREA TRANSFORMATOARELOR Pentru ca transformatorul să aibă o durată de funcţionare normală, trebuie respectate în timpul funcţionării o serie de reguli care să evite îmbătrânirea prematură a izolaţiei şi pătrunderea umidităţii în transformator:

• tensiunea reţelei nu trebuie să depăşească 10% tensiunea prizei pe care funcţionează transformatorul;

• temperaturile de funcţionare admise la transformatoarele cu ulei sunt: o ulei – maxim 950C o înfăşurări – maxim 1050C

în condiţiile în care temperatura aerului de răcire nu depăşeşte 400C În cazul în care temperatura aerului depăşeşte valoarea admisă cu până la 50C, temperaturile maxim admise pentru ulei şi înfăşurări se reduc cu 50C, iar dacă depăşirea este cuprinsă între 50C şi 100C, temperaturile admise pentru ulei şi înfăşurări se reduc cu 100C.

• Nivelul uleiului în transformator, în funcţie de temperatura mediului exterior, se supraveghează la indicatorul de nivel (sticlă de nivel sau alt dispozitiv) pe care se indică nivelurile corespunzătoare unor temperaturi ale mediului exterior de: -350C, +150C, +350C

• Capacitatea de supraîncărcare a transformatorului în regim normal de funcţionare, în cazul în care fabrica constructoare nu face alte precizări, se regăseşte în tabelul 2.

Tabel 2 Sarcina

anterioară de durată în % din

sarcina nominală

Temperatura iniţială a uleiului, în 0C, funcţie de modul de răcire

Durata admisibilă a suprasarcinii de:

% NL;NS FS;FA 10% ore

20% ore

30% minute

40% minute

50% minute

50 75 90

55 68 75

49 60 65

3 2 1

1,5 1

0,5

60 30 15

30 15 8

15 8 4

• În cazul funcţionării cu supraîncărcare se va face o supraveghere continuă a aparatului

de măsură. • In lipsa indicaţiilor fabricii constructoare, la transformatoarele cu răcire cu circulaţie

naturală a uleiului şi suflaj de aer (NS), se admite funcţionarea de lungă durată la 60% din puterea nominală în cazul absenţei suflajului de aer. In cazul transformatoarelor cu circulaţie forţată a uleiului şi răcire cu suflaj de aer sau cu apă (FS sau FA) se admite funcţionarea transformatorului în cazul opririi pompelor sau a ventilatoarelor pe o durată de maxim 10 minute la plină sarcină sau o oră la mers în gol. Ventilaţia forţată se pune în funcţiune la atingerea unei temperaturi de 550C a uleiului în straturile superioare, precum şi la depăşirea curentului nominal indiferent de temperatura uleiului. Instalaţia de răcire cu apă, la transformatoarele cu răcire forţată cu apă, va fi ţinută tot timpul în funcţiune indiferent de mărimea sarcinii cu care este încărcat transformatorul.

Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere Ept33b-5

29

La punerea în funcţiune a instalaţiei, se porneşte întâi pompa de ulei şi apoi cea de apă, iar la scoaterea din funcţiune, se opreşte întâi pompa de apă şi apoi cea de ulei (pentru a înlătura posibilitatea pătrunderii apei în ulei).

• Înfăşurările transformatoarelor cu izolaţie degresivă trebuie să funcţioneze cu neutrul legat direct la pământ sau protejat printr-un descărcător cu rezistenţă variabilă, corespunzător.

• La deconectarea automată a transformatorului, se verifică toate releele de protecţie,

constatând ce protecţie a lucrat. In cazul în care declanşarea se datorează unei cauze externe, transformatorul se poate pune sub tensiune. Dacă au lucrat protecţiile împotriva defectelor interne (zona internă cuprinsă între întrerupătoarele pe toate tensiunile) se determină cauza, se remediază şi se efectuează măsurătorile necesare. Dacă rezultatele sunt bune, transformatorul se pune în funcţiune. In cazul în care nu s-a putut constata cauza declanşării, cu aprobarea conducătorului ierarhic superior, transformatorul poate fi pus în funcţiune, dacă sunt îndeplinite simultan următoarele condiţii:

- gazele nu sunt inflamabile; - transformatorul şi comutatorul nu prezintă semne vizibile de avariere; - declanşarea a fost comandată numai de una din protecţiile contra defectelor

interne.

10.1. Supravegherea funcţionării transformatorului Supravegherea funcţionării transformatorului se face:

a. supraveghere curentă asigurată prin personalul permanent de exploatare, şi se referă la: • gradul de încărcare; • tensiuni, curenţi; • sarcini active, reactive, frecvenţă; • temperaturi; • instalaţii de răcire; • efluvii (descărcări) pe timp de ceaţă

b. supravegheri periodice prin examinare vizuală la care se verifică: • starea cuvelor şi a circuitelor de ulei (integritate, etanşare, etc.); • nivelul uleiului din transformator; • starea instalaţiilor de protejare a uleiului din conservator (filtre cu silicagel,

membranele de separare a uleiului din conservator etc.); • starea izolatoarelor (dacă nu se produc pe ele efluvii, dacă au urme de

conturare, fisuri, murdărie etc.); • zgomote produse şi caracterul acestor zgomote; • buna funcţionare a sistemelor de răcire; • starea împrejmuirilor (încăperilor), accese, închideri, iluminat, curăţenie, etc.; • starea legăturilor la pământ, de protecţie sau de exploatare; • starea instalaţiilor de protecţie, control, măsură etc

Ept33b-5 Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere

30

Periodicităţile pentru supraveghere şi control sunt stabilite în Regulamentul de Exploatare Tehnică (în funcţie de organizarea exploatării, cu personal permanent de exploatare sau fără personal permanent).

c. controale neperiodice care se efectuează cu ocazia unor evenimente deosebite: • incidente sau avarii; • fenomene sau manifestări deosebite La intervale mai mari (prevăzute în norme) se verifică: • reglarea şi funcţionarea protecţiei prin relee (inclusiv releul de gaze); • calităţile electrice şi fizico-chimice ale uleiului din transformator şi comutatorul de

ploturi; • funcţionarea dispozitivului de acţionare a comutatorului de reglaj a tensiunii.

Dacă se constată abateri de la prevederile instrucţiunilor de exploatare, se determină cauzele şi în funcţie de gravitatea acestora, se iau măsuri de remediere; în cazul în care situaţia o impune, se scoate transformatorul de sub tensiune şi se fac măsurările necesare. 11. DEFECTE ŞI REGIMURI ANORMALE DE FUNCŢIONARE După natura şi cauza lor, defectele la transformator se manifestă prin următoarele fenomene:

• supraîncălzirea transformatorului; • zgomot anormal în transformator; • trosnituri în interiorul transformatorului; • străpungerea izolaţiei şi întreruperea înfăşurărilor; • funcţionarea protecţiei de gaze.

11.1. Supraîncălzirea transformatorului Supraîncălzirea transformatorului poate fi cauzată de:

• supraîncărcarea transformatorului; • funcţionarea defectuoasă a instalaţiilor de răcire; • depăşirea temperaturii aerului în camera de lucru a transformatorului peste

valoarea admisă; • defecte interioare în transformator, scurtcircuite între spire, între faze, scurtcircuite

datorate deteriorării izolaţiei buloanelor care strâng miezul (tolele) transformatorului, scurtcircuite între tole. Numai intensificarea acestor defecte conduce la creşterea rapidă a temperaturii uleiului;

• dacă sunt transformatoare care funcţionează în paralel, se poate întâmpla ca supraîncălzirea să fie cauzată de diferenţa între rapoartele de transformare (funcţionarea pe prize diferite cu comutatoarele de ploturi), caz în care apare un curent de egalizare. În sarcină, transformatorul a cărei tensiune secundară la funcţionarea în gol este mai ridicată va prelua o sarcină mai mare.

Se identifică cauza supraîncălzirii şi în funcţie de aceasta se iau măsuri corespunzătoare:

• reducerea sarcinii; • punerea în funcţiune a instalaţiei de răcire; • aducerea pe acelaşi plot a comutatoarelor etc.

Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere Ept33b-5

31

În cazul în care se depăşesc limitele maxime admise ale temperaturii uleiului sau ale înfăşurărilor, se scoate din funcţiune transformatorul şi se remediază defecţiunea. Dacă încălzirea este cauzată de un defect în transformator, se opreşte imediat transformatorul şi se repară. 11.2. Zgomot (bâzâit) anormal în transformator Zgomot (bâzâit) anormal în transformator poate fi determinat de următoarele cauze:

• slăbirea strângerii tolelor miezului; • supraîncărcarea transformatorului sau sarcina pe fază este deosebit de

nesimetrică; • tensiunea de funcţionare ridicată; • scurtcircuite între spire sau faze;

În funcţie de cauza care produce zgomotul anormal se iau măsuri de remediere: înlăturarea suprasarcinii sau reducerea nesimetriei, scăderea tensiunii la valoare normală, refacerea strângerii miezului magnetic, repararea înfăşurărilor etc. 11.3. Trosnituri în transformator Poate să se producă când apar conturnări (însă nu străpungeri) între bobine sau între capetele de ieşire şi cuvă: întreruperea legăturii la pământ prin capac şi cuvă a oţelului masiv şi a altor piese ale circuitului magnetic al transformatorului. Se verifică şi funcţie de cauza care produce aceste zgomote (sub formă de trosnituri) se reface izolaţia părţilor sub tensiune sau legare la pământ, după caz. 11.4. Străpungerea izolaţiei înfăşurătorilor şi întreruperi în înfăşurări Cauzele pot fi:

• supratensiuni datorită descărcărilor atmosferice, avariilor sau proceselor tranzitorii; • deteriorarea calităţii uleiului (umezire, impurificare, îmbătrânire etc.); • scăderea nivelului uleiului; • îmbătrânirea izolaţiei; • eforturi electrodinamice la scurtcircuite etc.

Se determină cauza prin măsurători de izolaţie, de continuitate, de rezistenţe ohmice a înfăşurărilor, analiza compoziţiei gazului din releul de gaze şi se remediază defectul. 11.5. Funcţionarea protecţiei de gaze În funcţie de intensitatea degajării de gaze, protecţia acţionează la semnalizare sau la declanşarea de la reţea a transformatorului. Dacă releul a acţionat la semnalizare, înseamnă că în interiorul lui au apărut defecte mici, care au condus la degajarea slabă de gaze sau a scăzut nivelul de ulei datorită scăderii temperaturii sau apariţiei unor neetanşeităţi. Semnalizarea poate fi şi ca urmare a colectării în releu a aerului pătruns în transformator la umplerea sau la curăţirea uleiului.

Ept33b-5 Transformatoare şi autotransformatoare electrice de putere

32

În cazul producerii unui scurtcircuit între faze care a evoluat foarte rapid (străpungerea izolaţiei) protecţia de gaze acţionează la declanşare. Defectul poate fi însoţit şi de aruncarea uleiului din conservator sau prin supapa de siguranţă (ţeava de expansiune). Deoarece semnalizarea releului de gaze poate fi provocată de cauze foarte diferite, înainte de a trece la înlăturarea defectului, este necesar să se stabilească cauza care a produs acţionarea releului de gaze. Pentru aceasta se face analiza gazelor colectate în releu, inflamabilitate, culoare, compoziţie chimică etc. Inflamabilitatea gazelor denotă prezenţa unui defect în interior. Dacă gazele sunt incolore şi nu ard, cauza acţionării releului este aerul degajat din ulei. Culoarea gazului poate da indicaţii asupra naturii defectului: alb – gri se datorează hârtiei sau cartonului, galben – lemnului, negru – uleiului. Analiza gazelor, completată cu efectuarea măsurătorilor transformatorului, conduce la determinarea defectului şi în consecinţă la stabilirea lucrărilor de remediere.

BIBILIOGRAFIE

Gheorghiu I.S.., Tratat de maşini electrice, Ed. Academiei, Fransua A. Bucureşti, 1970

Duşa V., Vaida V. Comanda şi controlul funcţionării reţelelor electrice, Ed. Tehnică, 2001

Conecini I. şi colectiv Cartea electricianului din staţii şi posturi de transformare, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1986

Buhuş P şi colectiv Partea electrică a centralelor electrice, Editura Didactică şi Pedagogică, Buc. 1983 PE 126/83 Regulament de exploatare tehnică a echipamentelor

electrice x x x Documentaţie Electroputere Craiova

– Ansamblul AT – 400 MVA