SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU

ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET OSIJEK

TRANSFORMATORI U ELEKTROENERGETSKOM SUSTAVU

Laboratorijska vježba 2

Student: Bojan Jakovljević D-816

Osijek, 2015.

Zadatak:

U trenutku t=0,015 s nakon početka simulacije, simulirati pojavu remanentnog magnetskog toka transformatora u iznosu 1,296 p.u., te istovremeno zatvoriti kontakte prekidača na slici. Remanenti tok se parametrira preko ''Parametar Event'' funkcije EMT ili RMS simulacije, a poziva se varijablama „psimd“ ili „psimq“ odnosno d –q komponentama magnetskog toka faza a,b,c tranformatora.

Vizualizirati je potrebno sljedeće varijable :

Subplots:

Naponi i struje na primarnom i sekundarnom namotu (sve faze zasebno‐ m:/currents,voltages and powers),

magnetske tokove i struje magnetiziranja svih triju faza zasebno (c:/calculation parametars i s:/signals),

d‐q komponente magnetskog toka (s:/signals).

Na istim dijagramima prikazati napone i magnetske tokove po fazama, struje po fazama. Zasebno prikazati struje magnetiziranja po fazama kao i d‐ kompomonentu magnetskoga toka.

X‐Y plots :

Krivulja magnetiziranja –>Y os : magnetski tok po fazama; X os : struja magnetiziranja pofazama (c:/calculation

parametars)

U programskom paketu DigSilent nacrtala se mreža prikazana na slici 1.

Slika 1. Jednopolna shema modela

Prvo se crtaju sabirnice (Terminal), zatim smo dodali AC Source, Transmission line, Breakers i na kraju transformator. Za svaki zadani element, smo iz tablice unijeli vrijednosti dvoklikom na element.

Tablica 1. Ulazni podaci elemenata modela

Kako bi transformator u simuliranoj mreži bio što sličniji realnom transformatoru unosi se oblik krivulje prvog magnetiziranja :

Slika 2. Krivulja prvog magnetizira transformatora

Kada se cijela mržea nacrta potrebo je provjeriti dali su svi podaci dobro unijeti te se zbog toga pokrene simulacija tokova snaga.

Sljedeći dio zadatka je parametriranje elementra Breakers i transformatora, kako piše u tekstu zadatka.

Treba postaviti da se nakon pokretanja simulacije, u trenutku t=0,015s uključi breaker (prekidač), a da u danom trenutku imamo zasićenje transformatora u vrijednosti od 1,296 p.u. A nakon toga postaviti varijable tako da ih možemo predočiti, kako se ponašaju u danom trenutku, koje možemo vidjeti na sljedećim slikama.

Slika 3. Krivulja mgnetiziranja transformatora

Na slici 3 se vidi krivulja koja predstavlja usku petlju histereze što znači da ovaj transformator ima male gubitke, dio zelene krivulje na gornjoj slici koji ne ide po Y osi je krivulja prvog magnetiziranja.

Slika 4. Grafovi

Na slici 4. Su prikazani grafovi veličina koje je potrebno prikazati:

a) Naponi po fazama transformatora na VN strani b) Struje po fazama transformatora na VN strani,c) Struju magnetiziranja po fazama id) Magnetski tok po priključnicama A,B,C.

Kako bi se grafovi što bolje prikazali svaki je prikazan pojedinačno na slikama u nastavku.

Slika 4.1. Naponi po fazama transformatora na VN strani

Slika 4.1. prikazuje fazne pomake i veličinu napona kojeg smo priključili na transformator.

Prekidač je uključen u trenutku t=0,015s, na primarnoj strani transformatora se pojavao nazivni napon od 1 p.u. sinusnog valnog oblika.

Na samom početku uklopa, sinusna krivulja nije „glatka“ nego zapravo ima poremećaje što vidimo kao propade (titraje krivulje) tokom jedne periode, a nakon toga dolazi do smirivanja, kada se stvori glavni magnetski tok transformatora.

Slika 4.2. Struje po fazama transformatora na VN strani

Na slici 4.2. se vidi da je u fazi A vrijednost struje višestruko premašila svoju nazivnu vrijednost te poraste na 6 puta veću vrijednost od one za koju je transformator projektiran.

U bilo kojem trenutku suma svih struja je jednaka 0, što možemo vidjeti ako zbrojimo vrijednosti faze B i faze C, čije su vrijednosti negativne sa strujom faze A.

Budući da je napon faze A trenutku kada je uklopljen transformator bio u svom maksimumu, odnosno sin90=1 poteče velika struja. Da bi se ovo spriječilo, trebalo bi ugraditi sklopku za uklop faza transformatora kada su vrijednosti napona na 0.

Transformator je već bio magnetiziran na vrijednost 1,296 p.u. zbog čega se ovo zapravo i odrazilo na sliku 4.2 te sliku 4.3.

Slika 4.3. Struja magnetiziranja po fazama

Ovakav porast struje zbog premagnetiziranja nastaje u mreži prilikom ponovnog uklopa, kada nastane nekakav kvar zaštita isklopi transformatora te nakon kratkog vremena dolazi do ponovnog uključenja transformatora te u njega tada poteče dodatna velika struja.

To se zapravo dogodilo ovdje, kada nam je struja magnetiziranja faze A skočila na višetruku vrijednost od nominalne, a i odnosu na ostale faze.

Razlika između slike 4.2. i 4.3. je da ako zbrojimo struje magnetiziranja faze B i C te dodamo fazi A ne dobijemo 0.

Slika 4.4. Magnetski tok po priključnicama A, B, C

Slika 4.4. pokazuje utjecaj remanentnog magnetskog toka.

Kako je magnetskom toku evivalent struja, identično nam izgleda i slika struje na VN strani transformatora.

Kako smo u prošlim slikama govorili o zadanom remanentnom toku u vrijednosti od 1,296 p.u. ovdje ga možemo i točno vidjeti, jer u trenutku uklopa t=0,015s nam se pojavi skokovita promjena u vrijednosti od 1,296 p.u. što odgovara našem zadanom remanentnom magnetskom toku.

Vidimo da magnetski tok ima aperiodski odziv, te da se iznos toka smanjuje kako vrijeme prolazi.

Iz sheme mreže vidimo da je transformator neopterećen i da radi u praznom hodu, ukoliko bi na njegove priključnice bilo priključeno opterećenje iznosi struja bi bili još i veći.

Slika 5. Napon i struja na NN strani transformatora

Želimo li vidjeti spektralnu analizu magnetskog toka i utjecaj pojedinih harmonika na rad trasnformatora, onda zapis magnetskog toga raspišemo prema Fourieru:

Na slici 6 vidimo veličine pojedinih harmonika koji se pojavljuju u toku transformatora.

Slika 6. Iznosi harmonika toka

Vidimo da se pojavljuje cijeli niz harmonika u toku transformatora. Nulti harmonik je istosmjerni harmonik što nam govori da je također postojalo istosmjerno predmagnetiziranje transformatora.

Poželjno je da u radu transformatora kao i svih ostalih dijelova elektroenergetskog sustava bude što manje štetnih viših harmonika. Harmonik 1 je osnovni harmonik.

Na idućim slikama vidimo valne oblike veličina kada u transformatoru nije bilo zaostalog magnetizma zbog ponovnog uklopa. Vidimo da su iznosi toka i struje manji nego ukoliko ima remanentni magnetski tok, a napon nema propade. Također se vidi da su iznosi viših harmonika manji.

Slika 7. Valni oblici prilikom uklopa transformatora bez remanentnog magnetskog toka

Slika 8. Iznosi harmonika toka, prilikom uklapanja bez remanentog magnetizma