'~

~

INDUKTIVA STROM- OCH SP~NNIt~GSTRANSFORMATORER

(

(1

FKTA 1974-09-18Thor Bach

Innehållsförteckning

Inledning1 Sid 1

2 Strömtransformatorn

2.1 Strömtransformatorns fel2.2 Faktorer som påverkar strömtransformatorns

felStrömtransformator för mätningStrömtransformatorer för reläskydd

2.3 Normer2.4 Varvkorrektion2.5 Mättning, överströmstal2.6 Sekundärspänningar

Öppen sekundärkrets2.7 Omsättnings-omkoppling2.8 Speciella krav för speciella skydd

JordfelsskyddDifferentialskyddÖverströmsskydd

2.9 Transienta förlopp2.10 Mättningens inverkan på olika skydd2.11 Provning

2

3477910Il

1316

172122

3 Spännings transformatorn 23

2324

2527

28

28303032323334

3.1 Spännings transformatorns fel3.2 Normer3.3 Faktorer som påverkar spänningstransformatorns

fel3.4 Felets variation med spänningen3.5 Spänningstransformatorns kortslutningsför-

hållfasthet3.6 Spänningstransformator med flera sekundärlind-

ningar3.7 Val av omsättning3.8 Termisk gränslast3.9 Svängnings fenomen3.10 Omkopplingsbara spänningstransformatorer3.11 Spänningstransformatorns konstruktion3.12 Provning av spänningstransformator

l

~. Inledning

Mättransformatorernas huvudsakliga uppgift är att

Transformera ström eller spänning från vanligtvis högavärden till en sådan storleksordning, som man lätt kanutföra instrument och reläer för.

2. Isolera mätkretsen från de primära högspända systemen.

Möjliggöra standardisering av instrument, mätare, reläer,etc. för en eller några få märkströmmar och märkspänningar

3.

Mättransformatorer är specialutföranden av transformatorer,avsedda för mätning av ström eller spänning. För mättransforma-torerna gäller de lagar som gäller för transformatorer i allmän'

het.

För en transformator i kortslutning gäller:

!l-~12 NI (1)

För en transformator i tomgång gäller:

~_!1EZ NZ

.(2)

Ekvation (l) ger utan vidare en strömtransformation i propor-tionen sekundärt till primärt varvtal. Ekvation (2) ger en spän-ningstransformation i proportion primärt till sekundärt varvtal.

Strömtransformatorn, som bygger på formel l, är i sin ideellaform en transformator i kortslutning, där sekundära klämspän-ningen är noll och magnetiseringsströmmen är försumbar, och enideell spänningstransformator, formel 2, är en transtormator itomgång, där belastningsströmmen är noll och spänningsfallet en-dast förorsakas av magnetiseringsströmmen, och därför är försum-bar.

I praktiken uppnås icke dessa ideella tillstånd då man, ~ör attfå någon glädje av mättransformatorerna, belastar dem med impe-danser i form av instrument, reläer och ledningar. Avvikelsernafrån "idealtillståndet" förorsakar fel i strömtransfo1\"tnatorn avmagnetiseringsströmmen och i spänningstransformatorn ~v belast-ningsströmmens spänningsfall. !

Fig l är visardiagrammet för en enfastransformator och gällerför både ström- och spänningstransformator. Varvomsättningenantas vara 1:1 för att förenkla framställningen. Vid andra varv-omsättningar omräknas de sekundära storlekarna med omsättnings-förhållandet till samma skala som de primära.

Den primära klämspänningen är UI. Vid vektoriell subtraktion avspänningsfallet IIZI från UI får vi E. E är i sin tur lika medden vektoriella summan av den sekundära klämspänningen U2 ochdet sekundära spänningsfallet 12Z2. U2 är lika spänningsfalletöver belastningen Z. (För Z gäller normenligt enligt SENcoS~2 = 0,8 både för ström- och spänningstransformatorer).

2

Spänningen E induceras av flödet ~ 900 efter E. Flödet alstrasmagnetiseringsströmmen Im i fas med~.

Im är tomgångsströmmen IO's reaktiva komponent, och i fas medE ligger tomgångsströmmens förlustkomponent If.

")

:=3 E:z2. Strömtransformatorn

Strömtransformatorns fel2.1

Strömtransformatorn belastas normalt ~v en impendans Z beståendeav instrument, mätare, reläer och icke att förglömma ledningar(Z i fig l).

Den inducerade spänningen E, som erfordras för att driva sek-undärströmmen genom den totala belastningen Z2 + Z, kräver enmagnetiseringsström lO som tas från primärsidan.

lO deltar icke i transformationen. och i stället för

(3)

(4)

Il .. k ..' K12 = mar omsattn~ngen n

får vi

Il -lO kl ...' Il "12 = ver ~g omsattn~ng .~

Il = primär märkström12 = sekundär märkström

Omsättnings felet hos en strömtransformator (SEN 270811 ochlEG 185) definieras som

Knls -lp .100 = E (5)

lp

Is = sekundärströmlp = primärström

3

Dmsättningsfelet E (se tig l) är alltså den procentuella skillnaden mellan märkomsättningens och den verkliga omsättningensstorlek. Den räknas positiv när sekundärströmmen är större änvad märkomsättningen anger.

Vinkelfelet o är skillanden i fas läge (se fig l), mät:t i centiradianer eller minuter, mellan den primära och sekundära strömmen.

Den räknas positiv när sekundärströmmen ligger före pri~märströmmen i fas.

Om vi antar att lO ligger i fas med 12 (ömsättningsfeletsmaximivärde) får vi

Il -IQ -~12 12

!l.12

ID

Il

Kd -Kn

Kn

.100 = 100.100 =E: =

lO delas på 2 vektoriella komponenter, en förlustkomponentIf i fas med sekundärspänningen, och en magnetiseringskomponent900 fasförskjuten från denna, i fas med flödet. (Se ex påBil 2).

2.2 !a!.t..?r~r_s..?..m_p!!:.v~r!.aE 2.. t Eö~t E a~s i°.Eln~ t..?.r~s_f~l

lO, som alltså är den komponent som förorsakar strömtransfor-matorns fel, är beroende av flera faktorer

För den inducerade spänningen gäller den vanliga formeln fören transformators E. (Eff värde).

Den inducerade spänningen är samtidigt storheten för strömtransformatorns belastningsförmåga, börda.

Bördan är definierad (IEC 185) som den effekt i VA som den tills trömtrans formatorp anslutna impendans absorberar vid sekundärmärkström och en given effektfaktor.

4

l

2.

A = Kärnarean (i m2)

3.

l.

2

3.

Hög noggrannhet.

ID

IOrnsättningsfelet E = .100 %

5

lOE: = -.100,

Is

där lO är den magnetiseriJlgsström som erfordras för att magne-tisera transformatorns kärna till erforderlig sekundärspänning.

Vid induktionen B tar sekundärlindningen upp H ampervarv/m

H .ljlO =-

Hlj

I N2.s

--:-- och E =

NZ

IN = f(B) efter magnetiseringskurvanH = ION/lj amp varv/m (fig 3)

Felet varierar därför proportionellt med

a: IN = magnetiserande ampervarvoch !b: lj = kärnans magnetiseringsväg, och omvänd2roportl~nellt medc: IsN = strömtransformatorns amperevarvtal

Denna sista storhet, IsN, används därför ofta som parameter is trömtrans formatorberäkningar.

Vi ser att för en given strömtransformator med fastlagd A (area)och lj (järnlängd) bördan vid ett fastlagd max fel va~ierarapprox. kvadratiskt med12N2 = IINI (ampervarvtalet)då:utspänningen är prop mot N2 och B,B är tillnärmad prop mot loN2 som vid ett fastlagt lO varierarmed N2.

(P g a magnetiseringskurvans krökning är proportionalitetenicke rätlinjig). För en given börda är noggrannheten såledesberoende avamperevarvtal, och magnetiseringskurva.

Varvtalen NI och N2

Vid låga märkströmmar kan alltså teoretisk hög noggrannhet er-hållas, om man väljer att göra transformatorn med många primär-och sekundärvarv.

Möjligheten att välja varvtalen fritt är emellertid begränsad,då: Primärlindningen NI skall genomflytas icke enbart av drifts-strömmenj som seriekopplad apparat, och som reläskydqets informa-tionskälla, måste strömtransformatorn fungera säkert även medstörningar i nätet, utan att skadas.

Primär lindningen Nl måste därför alltid dimensioneras så atttermisk eller dynamisk skada icke uppstår vid de felströmmarsom kan förekomma på strömtransformatorns plats i nätet.

Detta innebär enl normer, att primärlindningens ledare måste haett tvärsnitt som ger en strömtäthet vid felström under l seksom icke överskrider 160 A/mm2 för kopparledare 95 A/mm2 föraluminiumledare.

För en printärlindning med så grov ledare begränsas primära ochdärmed också sekundära varvtalet av strömtransformatorns lind-ningsutrymme.

Ökad lindningsutrymme innebär också ökad järnlängd, och därmedhögre magnetiserande ampervarvoch magnetiseringsström.

Ett praktiskt exempel är strömtransformator för låg märkströmi ett nät med hög kortslutningsström.

Kärnmaterial

6 W"l~l

lO ~r-

;.,~.il(2t

1:71lJd

00l

~::J~.' C-plol(1

~nrooo~

H

VI

t7'I

l/1lO

t/1-";-m~IoII(.1i117N:-F~.'.9) It1f

I Af j

:fi

l5H-lo!

Tre olika kärnmaterial står till förfogande.

My-metall (Fe-Ni-legering) har en brant magnetiseringskurva ochlåg mättnings gräns (0,6 -0,7 Tesla).

Orienterad (kallvalsad bleck) har en starkare kurva, med hög

mättningsgräns.

Varmvalsad transformatorplåt användes numera sällan.

Kärnarea och mättning

Stor kärnarea ger låg induktion och hög noggrannhet, men vidmätning vill man, för att skydda mätinstrumenten, helst ha lågmättningsgräns, dvs förhållandet mellan arbets induktion ochmättnings induktion skall vara måttligt. Detta krav motverkardärför ofta kravet på noggrannhet. My-metall (se ovan) haremellertid en karakteristik som är idealisk för detta krav.

7

Str~mtran~..f°rmator för rel~skydd

Z E K d " f " b l , h,. =. an ar or log.

Normer~

Normer---

För endast att 20-tals år sedan fanns en uppsjö av nationellanormer som trots många likheter ändå skilde sig avsevärt frånvarandra på olika punkter. Ar 1966 kom så International Electri-cal Gommissions Recommendation 185, kallad lEG 185, o'ch sedandess har samtliga europeiska länder anslutit sig till dennaoch ändrat sina egna normer därafter. (SEN 270811 följerdenna mycket nära, den är till och med icke översatt, menutges på engelska).

SEN 270811 för strömtransformatorn trädde i kraft l april 1971och SEN 270811 för spänningstransformator 72-09-15. Dessa nyanormer ersätter den tidigare SEN 2703 från 1952.

vi har alltså nu kommit så långt i internationell el-standardatt vi inom Europa talar samma språk "på detta område".

8

För enkelhets skull återges här skillnaden mellan SEN 270811(IEC 185), och SEN 2703 (bill).

Strömtransformatorerna är enl IEC och SEN klassade, försthuvudgrupper, för mätning och för'skydd.

Transform~torer för mätning (eller den kärna som är avsedd förmätning) är klassade enl nedan

AnvändningsområdeKlass

0,10,20,51,0

3 och 5

LaboratoriemätningNoggrann effektmätning av större energibeloppNormal debiteringsmätningEffektmätning och statistikmätning. Övervakning ochkontrollinstrument .

Mätning där högre noggrannhet ej erfordras

Felgränser:

Klass .:!:. procentuellomsättningsfel vidprocent av märkström

10 I 20 1100 120

Vinkelfel vidprocent av märkström(centirad)10 120 Ic -.-100

0,10,20,51,0

0,250,5 i1,0 I

2,0

0,20,350,75'1,5

0,10,20,51,0

0,10,20,51,0

1 centirad = 34,4 min

Procent omsättningsfel vid

50 % märkström i 120 % märkström

35

35

Ovanstående felgränser skall innehållas för bördor mellan 25 %och 100 % av märkbördan för klasserna 0,1-1,0, och mellan 50 %och 100 % av märkbördan för klasserna 3 och 5.

Märkbördan skall ha effekfaktor 0,8 induktiv utom för bördormindre än 5 VA, där effekfaktor 1,0 skall användas.

Ovanstående innebär att exempelvis 30 VA klass 0,5 betyder:mellan 30 VA och 7,5 VA får felen icke överstiga 1,0 % och 1,8crad vid 0,1 -In och 0,5 % och 0~9 cirad vid In och 1,2 -In-

Klassbeteckningen innebär således en hel serie krav som måsteuppfyllas. Observera också att omsättningsfelet räknas i % avaktuell ström icke endast av märkström.

9

Reläskyddsklasserna är 5 P och 10 P

Visarfel (composite error)

är definierade som procentskillrtad mellana; primärströmmens momentanvärde ochb; sek strömmens momentanvärde multipliceras med omsättningstale

Varvkorrektion

Varvkorrektion innebär en ändring av sekundära varvtalet förkorrigera omsättningsfel.

Genom att välja N2 så att I1Nl = IZ'N2i stället för I2NZ

får vi I2~~ 12 vid obelastad (kortsluten) transformator. Utanvarvkorrektion är omsättningsfelet alltid negativt, dvs verkligsekundärström är mindre än märkströmmen. Genom att reducera an-talet sek lindningsvarv ökas sekundärströmmen motosvarande.

vi kan således kompensera för ~ värde av magnetiseringsströmmenvi gör alltså transformatorn med felaktig omsättning vid obelas-tad (kortsluten) transformator så att omsättningsfelet vid be-lastning upphäver lindnings-felet.

Korrigeringen kan utföras med både hela varv och med del av varv(I praktivken rör korrektionen sig endast om storleksordningen< 2 %).

Varvkorrektion användes endast för strömtransformatorkärnor av-sedda för mätändamål (klass 0,1-0,2, O,S-l,O).

!:!ä.!;;.t,!!i,!!g.].. ~v~rp..t.E.ö~s.!;;.a.!.

EIr)~

E-n --~ ~~

Vid ökande utspänning stiger induktionen i kärnan och når mätt-ning, dvs passerar magnetiseringskurvans "knä" och spänningenseff värde växer endast mycket långsamt. Mättningsgränsen definie-ras genom:

10

Fs = instrument security factorALF = accuracy limit factor

Fs, "Instrumentsecurity factor" (märköverströmstal för mät-kärna)

För mätkärnor användes uttrycke't Fs = 10 (ex) vilket innebäratt sekundärströmmen ökar till max 10 gånger vid överströmmaroch ansluten märkbörda. (n < 10).

ALF "Acc~rac}:limit !actor" (märköverströmstal för reläkärna)

För reläkärnor användes uttrycket ALF = 20 (ex), vilket innebäratt sekundärströmmen ökar proportionellt med primärströmmen upptill min 20 gånger märkströmmen med ansluten märkbörda. (n > 20)

Dessa två begrepp, Fs och ALF ersätter det tidigare använda be-greppet överströmstalet n.Fs betyder n <ALF betyder n >

Båda anger att mättningsspänningen ligger på angivet multipelav arbetsinduktionen vid märkström och märkbörda. (Fig 4).

Ett annat, speciellt i engelsktalande länder, vanligt begreppär "knäpunktspänningen", definierad som den punkt på magnetis-ringskurvan där 10 % höjning av spänningen (induktionen) ger 50ökning av magnetiseringsströnunen.

Svenska normer använder åter en annan metod för att ange mätt-ningspunkten, en metod som ger ALF för vilken börda som helst:

a~, (ALF)n =

där a är en konstant med dimensionen ohm, b är sekundärlind-

ningens impedans,Z = är ansluten börda i ohm (inkl ledningar)

Sätter vi n = l, blir Z + b = a, vilket innebär att a är dentotala impedans som bringar strömtransformatorn upp till mätt-ningsgränsen (10 % fel) vid märkström, kallar vi spänningen viddenna gräns = Em, så är

Ema = ---ohm, Em = a .1212 .

a 'Formeln n = -Z + b~ = ALF ger i praktiken salInna nytta som magneti-

seringskurvan för s trömtrans formatorn. (Se bil 3).

11

Medan sekundärströmmen endast ökar mycket långsamt utöver mätt-ningen med stigande primärström, så ökar sekundärspänningenstoppvärde proportionellt med primärströmmen upp till1,5 .n .In, och reduceras sedan till 80 %. 70 % och 60 % avdet proportionella värdet vid primärströmmar 5nIn, 10nln och20nln.

V.. d o d;j,ar et pa dt

11 t på fig 5

ökar nämligen proportionellt med I, inom området

Exempel

Som exempel väljer vi en helt vanlig strömtransformator avseddför anslutning av reläskydd. Överströmstalet är 20 vid 60 VA be-lastning och transformatorn är dimensionerad för en primär kort-slutningsström av 100 gånger märkströmmen. Vid märkström och60 VA belastning är sekundärspänningen 12 V vid 5 A, 30 V vid2 A och 60 V vid 1 A sekundär märkström, dvs mycket rimligaspänningar.

Eftersom överströmstaiet är 20, får omsättningsfelet vara högst10 % när primärströmmen är 20 gånger märkströmmen. Vid dennaprimärström är därför sekundärspänningen nära 20 gånger störreän vid märkström, dvs 240, 600 resp 1200 V. Dessa spänningarfår också anses rimliga. Man kanske tycker att 1200 V effektiv-värde är i högst.a laget men räknar med att kärnan är nästanmättad och tror att spänningen ihte blir så mycket högre även omprimärströmmen ökar 100 gånger märkströmmen. Denna slutsats äremellertid felaktig, som visat ovan.

Fig 5

12

Med den som exempel valda transformatorn erhåller man vid olikabelastningar och olika kortslutningsströmmar toppvärden enligtnedanstående tabell. Överströmstalet kan anses omvänt propor-tionellt mot belastningen. Anmärkas bör att transformatorn kanbelastas med mer än 200 VA utan att felgränserna för klass 0,5överskrids.

Främst med tan~~ på den anslutha utrustningen bör man inte be-lasta transformatorn för mycke;t, inte begära större överströms-tal och framför allt inte sekundär märkström än absolut nöd-vändigt. I många fall är 1.A förkastligt. Den totala belastningerkan ofta delas upp på flera kärnor, var och en matande sin relä-utrustning oberoende av de övriga.

Sekundärspänningens toppvärde som multipel av värdet vid över-

Öppen sekundärkrets

IINI -lON l = 12N2 (sid 3).

13

Öppnas sekundärkretsen blir 12N2 = O, och IlNl = IONl, Il = lO,dvs, hela primärströmmen blir magnetiseringsström och kärnan

o gar J. mattnJ.ng.

-.A .N2

Spänningens kurvform blir som tig 5 men dt blir kortare och

d Il>h .' f '. k f bl ., di ogre, var or urvormen 1r spets1gare.

Toppvärdet för den inducerade spänningen är

: \r"iiN 11E1 = K .\J Lj

K = 0,25 för orienterad plåt

på strömtransformator med stor~ kärnor och höga sekundära varv-tal kan klämspänningen uppnå mycket höga värden (teoretiskt>100 kV) med genomslag och förstörelse till följd.

lEC konstaterar lakoniskt att:

Öppen sekundär krets kan ge farliga spänningar och måste därförundvikas.

2.7 Ändring av strömomsättnin~ (omkopplingsbara strömtrans-formatorer)

Praxis är att utföra en strömtransformator så man har minst tvåomsättningar att välja mellan, p g a t ex en med åren ökandebelastning.

Ändringen av omsättning sker genom ändring av NI eller NZ, ellerbåda.

1';

I

I s,

Fig 7

Pa

Primärlindningen utföres med 2 spolar, som kan serie- ellerparallellkopplas. Omsättningsändringen sker i proportion 1:2,då primärlindningens två spolar måste utföras lika.

Primära amperevarvtalet blir vid seriekoppling av båda spolar:Il .2 .Nloch vid parallellkoppling:211 .Nl,

14

alltså lika, varför sekundära lindningen vid båda märkQmsätt-ningarna får sanma amperevarvtal Qch därmed oförändrad belast-ningsförmåga. Strömtransformatorns korttidsström ändras emeller-tid också i prop 1:2.

Sekundäromkoppling

Omsättningsändringen sker vid ett eller flera extra uttag påsekundärlindningen varvid varierande antal sekundärvarv utnytt-jas.

SI

82

s.

Fig 8

Sekundärbelastningen kan anslutas till vilka som helst uttag,varvid man genom finurligt val av uttag kan erhålla ett stortantalomsättningstal. Detta är generellt praxis i engelsktalandeländer. Amerikanska normer (ANSI C57.l3) föreskriver i detaljhur uttagen skall väljas

Exempel

400/5

900/51000/5

600/5

SI

Genom 3 extra uttag får man alltså omsättningsserien 1200-1000--900-800-600-500-400-300-200-100/5 således 10 omsättningar.Obs! Inget uttag är placerat symmetriskt mitt på lindningen.

Strömtransformatorns utspänning med konstant induktion (t exmättningsinduktion) varierar proportionellt med det sekundärvarv-tal som är inkopplat och avtar således direkt med lägre omsätt-

ningar.

15

Märkbördan anges normenligt endast för högsta omsättningen förreläklasser (omsättningsfel <.:!:. 10 %) och väljas då så högt. attbördan även skall räcka till vid den lägsta omsättningen man vill

utnyttja.

För mätklasserna (0,1 -1,0) varierar märkbördan approx. kvadra-tiskt med sekundärlindningsvarvtalet.

Mekaniskt sätt skiljer sig de två metoderna,Primäromkopplihgen sker på högspänningssidan med utvändigt pla-cerade omkopplingsblock (skenor) som måste dimensioneras attklara strömbelastningen vid både primär märkström och korttids-ström. Vid höga belastningsströmmar eller höga korttidsströmmarkan denna omkopplings anordning f~ ansenliga dimensioner.

Sekundäromkopplingen sker med placering av extra sekundäruttagi strömtransformatorns sekundära uttagslåda (sitter således iden jordade delen av transformatorn) och skapar inte andra kon-struktiva problem än utrymmesbehovet i denna. (Antal uttag kanuppgå till 20-24 uttag).

Dessutom måste sekundärlindningens alla sektioner (mellan uttag)fördelas jämnt över kärnans hela omkrets för att undvika läck-reaktans vid någon omsättning.

Kravet på kärnans area, A, ökar ofta också, då denna bestäms"av erforderlig utspänning vid lägsta valda omsättning.

Båda omkopplingsmetoderna kan användas i kombination

Ex:

Primäromkopp1ing 1200-600/5. Ett sek uttag vid 800 At.

Fig 10

För- och nackdelar

Primäromkoppling:Fördel: Konstant belastningsförmåga.

Nackdel: Varierande korttidsström. Vid höga strömmar dyrbara om-omkopplingsanordningar.

Sekundäromkoppling:Fördel: Konstant korttidsström. Omsättningsval på lågspännings-

sidan (omkoppling kan ske under drift). Fritt val avomsättningsförhållande.Nackdel:

Sjunkande belastningsförmåga vid lägre omsättning. Stor.kärnor krävs vid låga omsättningar.

Dessa två omkopp~ingsmöjligheter användes därför allt efter beho'och ekonomi från fall till fall.

16

2.8 ~p~ci.e.!.l~ ~r~v_f~r_s.E.e~i~l.!.a- r~ 1!s92.d

Jordfelsskydd

För jordströmsindikering i ett trefassystem används en summa-

strömkoppling med tre strömtransformatorer, vilkas sekundärlind-

ningar är parallellkopplade och matar ett jordströmsrelä. så

länge systemet inte har jordfelär summan av de tre fasström-marna = O och reläspolen blir strömlös. Vid ett jordfel däremot

fås er. mot jordströmmen svarande ström genom reläet. Jordström-

men är ofta liten i förhållande till belastningsströmmen, varför

reläets funktion skall vara låg och detta i sin tur kräver ström-

transformatorer med liten tomgångsström vid det aktuella arbets-

området. För detta slag av transformatorer är det emellertid

lämpligt att i stället uttrycka egenskaperna genom den sekundära

tomgångsimpedansen ZO( ~ ~2'loch denna skall alltså vara så storsom möjligt. 1.0

Tomgångs impedans en uppges vanligtvis vid en spänning som mot-svarar jordfelsreläets arbetsspänning, och beroende-P!i!: reläetseffektförbrukning anges Zo vid spänningarna 0,1 x IZOl och0,001 x iZQ2 (ca 0,1 och l volt). Vidare måste magnetiserings-egenskaperna vara snarlika för de tre strömtransformatorerna såatt vid höga strömmar (kortslutning) olikheten i magnetiserings-strömmar ej föro-rsakar obefogad ut15sning f5r jordfel. Detta kra...anses uppfyllt, när skillnadsströmmen 'vid 10 ganger märkströmicke är större än 0,1 A (för 5 A sek märkström).

D_iffe!entialskydd

Differentialskyddet är baserad på skillnaden mellan strömmarnapå båda sidor om skyddsobjektet. Strömtransformatorerna på ömsesidor måste därför ha så lika magnetiseringskurvor att skill-naden i magnetiseringsströmmar vid genomgående fel (fel utanförreläets skyddsområde) icke åstadkonnner utlösning av diff-skyddet,och bör (för vissa skydd) icke mättas vid full kortslutningsströn

Magnetiseringskurvorna för strömtransformatorerna är därför dentekniska uppgift som relä-tekniken är mest intresserad av.

Strömtransformatorns mättnings spänning ~åste ligga över reläetsfunktionsspänning. (Se vidare under transienta förlopp).

För lågspännings anläggningar (max 600 V) användes ofta strömtranEformatorer som har sin sekundärlindning koncentrerad till kär-nans 2 sidor, för att minska inbyggnadsbrädden. Vid minimala fas-avstånd kommer den olindade delen av kärnan i strömtransformatorri en fas i farlig närhet av grann-fasens skena, och kan komma attinflueras av störande fält från denna. För reläskydd bör därför,åtminstone vid högre strömmar, väljas strömtransformatorer medjämt fördelad lindning.

17

2.9 .!r~n~i~n.!:.a_f~r.!.°.E.p

Vid kortslutning blir kortslutningsströnnnen

-cos (wt + '1')]

-t

TIiK = Ik [cos lp .e

iK = kortslutningsströmmens momentanvärde

Ik = do amplitudvärde

lp

cI.sin CAJf

-"",.

?I

f-

ItkefrlJms Irdns I enfFig Il

~l antas O för enkelhetens skull. Formelns första del represen-terar strömmens Likströmskomponent, och andra delen en rensinusformig växelström.

-tEftersom första delen innehåller e Tl, en avklingande exponen-tialfunktion med tidskonstanten Tl, blir alltså förloppet transi-ent, övergående, med kortare eller längre varaktighet, beroendepå nätets karaktär, och med större eller mindre ~plitud, be-roende vart på spänningskurvan felet inträffar..( ~ ovan).

Räknar man med att skyddet skall fungera och lösa ut under dettatransienta förlopp, är det all grund att kontrollera om dettakan ske.

Felet måste inträffa mellan två extrema fall,

= 90°, (vid spänningens toppvärde)qJ

iK = Ik .eos wt,

kortslutningsströmmen blir en ren sinusström

2.

= o (vid spänningens O-genomgång)

-t

fP

iK = Ik .(e ~ -

Kortslutningsströmmen får full assymmetri med fullt utbildatlikströmskomponent. Detta sista fall är det svåraste för trans-formatorn att återge, men är dessbättre en raritet (tillslagmot kortsluten skena t ex). Ett isolationsgenomslag eller över-slag inträffar oftast i närheten av spänningstoppen.

= är fasvinkeln då felet inträffade

os

wt)

18

Fall l

Om strömtransformatorn skall återge hela korts lutnings förloppetutan att kärnan mättas, krävs för fall l ovan att överströms-

11,talet ALF = ~.In

Fall 2

I detta fall konnner transformatorn att genomflytas aven växel-ström 2fh en likström, som i kärnan bygger upp et.t likströms-flöde och s.a.s "ridande" på detta ett växelströmsflöde.

18

40 ms2200 ms

I N' .

Il12

40 ms180 ms

Fig 12

-t

Likströmsflödet stiger och klingar av efter expone.ntialfunktionerStigningen är huvudsakligen bestämd av nätets tidskonstant Tloch fallet av transformatorns tidskonstant T2.

... d k LTl natets t~ sonstant = Fl

LOT2 strömtransformatorns' tidskonstant R

Fig 13

19

LO = sekundärlindningens induktans

R = sekundärkretsens resistans. (Bördans + sek-lindningens re-

sistanser)

Kvoten mellan likströmsflödets maximalvärde och växelströmsflödeär; transient-faktor kT.

!I! v ( wTl c~s rp 2- sinrp 2) = L~ V -~

som vid ren resistiv belastning (cosp 2 = 1,0) ger

~ = wT1' som t ex vid

L= -= 100 ms = 31 4R 'Tl

d v s likströmsflödet är 31,4 x växelströmsflödet

För att strömtransformatorn skall kunna återge hela kortslutningsförloppet utan att mättas måste kärnarean ökas med faktor 31,4,eller transformatorn ha ett överströmstal som är 31,4 .ALFunder Fall l.

Ännu värre blir kravet om snabbåterinkoppling kommer i fråga.Vid första brytning av felströmmen lämnas transformatorkärnanmagnetiserad till r/J max. d~' brytningen kan fBrutsättas ske vidströmmens Q-genomgång då flödet har sitt max värde. Kärnan harett remanensf.löde r/Jr som efter brytning avklingar efter formen.

-:L~r (t) = ~ .e T2

max

Fig 14

Vid återinkoppling mot bestående fel efter tiden t (förutsattsamma flödes riktning) är kärnan till en del "redan upptagen" avremanensflödet. För att klara även detta krav, måste kärnan ökasytterligare med remanens faktorn Kr.

Denna är enl lEG definierad

= ~ax~max -~r

Kr

20

Totalt överströmstal blir då

K .ALF = ALF (l + wT1) .Kr

Där ALF = ~etEi9~.:k~rts!utningsstr~rilärkström (sid 18)

Strömtransformatorns kärna måste, om mättning ej får ske underdet transienta förloppet med full osymmetri, ökas utöver denarea som erfordras fBr att återge en symmetrisk kortslutning, Ifaktorerna Kr och Kr, transientfaktorn och remanens faktorn.

~tgär~~Börda-

Bördan m!ste reduceras så långt som möjligt. Dessbättre minskareffektförbrukningen hos moderna skydd samtidigt so~ funktions-tiden minskar. Ledningsresistans och lindningsresistans måsteäven reduceras. Härigenom minskar den erforderliga "bas-arean"för kärnan~ alltså den som erfordras för symmetriskt förlopp.

~~:~~ntfakto~~

Remanens faktorn Kr

Sambandet mellan vinkelfeloch tidskonstanten TZ är:

.l RVJ.nkelfel o = % =wTZ wLo

Omsättningsfelet E =

~

.100 %Lo

12 är bördans induktans

Funktions tiden-

Skyddets funktionstid kan reduceras till att ligga inom denförsta del av förloppet, innan kärnan går i mättning och för-vränger sekundärströmmen.

Skyddet måste förses med ett"av förloppet.

minne

som håller kvar första dele

21

.l

Mättad området- ~I

'"?t

Fig 15j Selc. ..s/röm

Kravet på ideell återgivning av kort$lutningar med fullt utbil-dat likströmskomponent ger alltså stÖra "överdimensionerings-faktorer" .

Varje krav som "tas till i överkant" med stora marginaler fårkonsekvenser när varje sådant tillägg multipliceras med Kr ochKr.

För att hålla dimensionerna för kärna (och transformator) inomrimliga gränser måste:

1.

Bördan reduceras så långt som möjligt, och endast skyddsom fordrar detta anslutas till lineariserad kärna.

2. Utnyttja korta utlösningstidert varigenom skyddet kan hinnafungera innan kärI).an går i mättning.

3.

Ange realistiska värden på noggrannheten

I praktiken innebär detta att en störmtransformator för transienta förlopp måste "skräddar-sys" till skyddet, skydd och trans-formator integraras till en gemensam skyddslänk.

2.10 ~!t~i~g!:..n~ in~e.E.k~nJ! E.lik~ ~kI.d~

Differentialskydd. Vid fel utanför reläets skydds-område föror-sakar mättning i strömtransformatorerna (eller en av dem) obe-fogad utlösning, om icke skyddet blockeras eller förses med sta-biliseringsanordningar.

pis tans skydd

Mätkretsen vill under transienta förlopp ~ mättning få ettnågot för högt strömvärde och "tro" att felet ligger närmare äni verkligheten.

Vid mättning blir strömkurvan förvrängd, och sekundärströmmensmedelvärde reduceras, något som "inbillar" distansskyddet attfelet ligger längre bort än i verkligheten.

~~rströ~s_~kydd

vid transienta förlopp kommer ett snabbverkande relä att hinnaslå till innan mättningen inträffar, men kan återgå när mättningi strömtransformatorn reducerar sekundärströmmen.

En fördröjning, eller fasthållande av utlösnings impulsen kan bli

nödvändig.

22

2.1:l Kr..<?V:!!.i,!!-g av strömtransformator

Provningen skall verifiera att leverantörens produkt motsvararköparens kravspecifikation.

Köparens kravspecifikation bör vara baserad på gällande normer,och dessa normer beskriver i detalj hur prov skall genomförasför att visa att kraven uppfylls.

Vi skiljer på typprovoch rutinprov.Typproven utföres på ett eller några exemplar aven standardpro-dukt och skall verifiera konstruk~ionen~ allmänna lämplighet.För strömtransformatorer är typproven:

I_mpulsprov

StötspänningsprovSpänningsprov under l min i regn för utomhustyper.Prov med korttidsström och stötström.Temperaturstegringsprov med den garanterade kontinuerliga strömcmen.

Rutinprov utföres på varje exemplar och omfattar:

1 min växelspänningsprov på primär och sekundärsida.Prov på noggrannhet, omsättnings fel och vinkelfel. Vanligtvisprovas transformatornv~d120 % och 10 % (högsta och lägsta)av märkström för mätkärnor.Kontroll av uttagsmärkning och strömriktning.Mätning av sekundärresistans.Kontroll av överströmsta1 eller magnetiseringskurva.

För oljeisolerade typer:

Kontroll av täthet

För plastisolerade typer:

Kontroll av invändig glimning.

23

3. Spänningstransformatorn-

3.1 ~p.!nE.i~g~t..EaE.s!°ErI1~t!!-rE.s_f~l

Som nämnts på sid l är den ideella spänningstransformatorn entransformator i tomgång.

För en sådan gäller

~-!':!lEZ NZ (2)

om man bortser från magnetiseringsträmmen spänningsfall (12 = Ooch Il = lO på fig 17).

Vid belastning av transformatorn med reläer, instrument och led-ningar blir spgnningstransformatorns visardiagram som visats påfig 16. Varvomsättningen antas vara 1:1 för att förenkla fram-ställningen. Vid andra varvomsättningar omräknas de sekundärastorlekarna med omsättningsförhållandet till samma skala somde primära. Be1astni.ngsströmmen och tomgångsströmmen förorsakarett spänningsfall f!. U, och i stället för

Ul .. k ..' Kn--u = mar omsattn~ngen2

får vi

u, -ÄU kl ' ..' T/'":::.~=.=. = ver ~g omsattn~ng '"'"Q

Omsättningsfe1et hos en spänningstransformator definieras som(lEG 186, SEN 27082)

Kn -~ .100 % = EKn

.!!l -UI -!J.U

Uz Uz

UlU2"

---cP

24

Omsättningsfelet (E) är alltså den procentuella skillnadenmellan märkomsättningens och den verkliga omsättningens storlek.Den räknas positiv när sekundärspänningen är större än vad märk-omsättningen anger.

Vinkelfelet (o) är skillnaden i fasläge (se fig 17) mätt i cen-tiradianer, mellan den primära och sekundära spänningen. Denräknas positiv när sekundärspänningen ligger före primärspän-ningen i fas.

Enligt fig år:

f1U = /CJ.El + /CJ.E2 (geometrisk addition)

/CJ.El = I1Zl

/CJ.E2 = 12Z2

Sätter vi Zl + Z2 = Zk

och då Il = lO + 12

får vi:/CJ.U = IOZl + I2Zl + I2Z2

= IOZl + I2Zk

Spännings transformatorns fel består alltså aven del som är obe-roende av belastningsströtmnen men beroende av spänningen U, efterflödestäthet och magnetiseringskurva, och en del som är beroendeav belastningsströtmnen.

3.2 Normer---Önskemålet är givetvis att göra transformatorn så noggrann sommöjligt, men av ekonomiska och praktiska skäl måste man tolereraen viss storlek på felen. Dessa maximala fel är angivna i nor-

I

merna allt efter de ändamål för vilka transformatorn skall an-vändas.

Svenska normer

SEN följer IEC 186.SEN 270821 trädde i kraft 15 sept 1972, och gick därmed, i lik-het med vad som gäller för strömtransformatorer, bort från klas-sificering efter effektfelet, och anger gränserna för omsätt-nings- och vinkelfeloberoende av varandra.

lEG 186 och SEN 270821 har följande klasser

Felgränser:

KlaRS Omsättningsfel.:!:%

Vinkelfel.:!:.min

0,10,20,5l O,3,0

51020

40

0,10,20,5

1,03,0

25

De angivna felgränserna får ej överstigas för spänningar mellan80 % och 120 % av märkspänningen och för bördor mellan 25 % och100 % av märkbördan vid cos ({;2 0,8.

För transformatorer med två separata sekundärlindningar avseddaför kontinuerlig belastning, skall. anges märkbörda för varderalindningen, och varje lindning måste uppfylla sin klassnogrann-het för sin märkbörda, medan den andra lindningen är belastadmed vilken som helst börda mellan O och 100 % av sin märkbörda.

Om endera lindningen endast är avsedd att belastas tillfälligtoch kortvarigt (ex: jordfelslindning) behöver man ej ta hänsyntill dess inverkan.

För spänningstransformatorer eller lindningar avsedda för skydds-ändamål finns klasserna

Klass Omsättningsfel.!%

Vinkelfelmin

3 P6 p

36

120240

Dessa felgränser måste innehållas för spänningar mellan 5 % avmärkspänning och Vf x märkspänning, och för bördor mellan 25 %och 100 % av märkbörda.

Faktorer som påverkar spänningstransformatorns fel

är spänningstransformatorns omsättningsfelSom visats på sidan~U

e: = -.100 %Ul

~U = IOZl + IZZk

Tomgångsspänningsfallet rOZl

Här har vi "bofven" lO igen. Denna är beroende av flödes täthetefter magnetiseringskurvan. För spänningstransformatorkärnoranvändes dock endast orienterad eller varmvalsad plåt.

2R ;~ .f .A .B .N voltV2 '

lO = f(B)

Zl = Rl + jXl

10Zl = f(B)Rl + jXlf.(B)

(7)

För att hålla tomgångsspänningsfallet lågt bör alltså:

1.

2.3.

Primärlindningen lindas med grov tråd (lågt R)

Induktionen väljas låg

Reaktansen hållas nere

2 och 3 ger att kärnarean måste väljas rätt riklig för att fåett tillräckligt stort flöde och därmed ett icke för högt primärlindningsvarvtal, då reaktansen ökar kvadratiskt med varvtalet.

26

Belastnirtgsspänningsfallet 12Zk

Zk = Rl + jXl + RZ + jXz

För att behålla belastningsspänningsfallet lågt erfordras alltsålåga värden på Ri, RZ, Xl och XZ, vilket i praktiken innebär attman använder så grov tråd som möjligt och försöker göra spolarnaså kompakta som möjligt för arr reducera läckflödena. En konse-kvens härav är att man använder högvärdiga isolationsmaterial me!hög hållfasthet, för att reducera isolationsavstånden.

De faktorer so~ påverkar strömtransformatorns fel (Se 2.2 sid 4)påverkar även spänningstransformatorns fel, men i helt annan ut-sträckning.

.l.

Val av kärnmaterial

Här är ~-metall uteslutet, då detta har en mycket för lågmätningsgräns, som skulle ge reaktanser 5 a 6 gånger högreän t ex för orienterad plåt, och ett pris, som är en10 potens högre.

2. Bördan

Under förutsättning av nära konstant spänning och frekvensär tomgångsspänningsfallet konstant och även Zk, varförbelastningsspänningsfallet är direkt proportionellt medbördan, dvs belastningsströmmen.

3 och 4. Varvtal och kärnarea

Valet av dessa bestämmes av kravet på låga impendanser. Somovan nämnts har kärnarean och flödes tätheten den mest av-görande betydelsen för transformatorns inre reaktanser.

Transformatorns reaktans är

X = O 8 Jt 2f .N2 .~. ( ~ + !:.l + ~ .10-8 ohm), H 3 3

N = antal lindningsvarv (i endera spolen)

L- = medellängden på ett lindningsvarv (n dm)m

H, t!. t!.1 t!.2 :,framgår av tig 17

Kärnarea, flödes täthet och utförande av. lindningarna måste allts~i en spä~pingstransformator väljes så att X blir så lågt som möj-ligt med hänsyn till noggrannheten och börda.

Av utrymmesskäl måste vanligtvis H väljas låg för att få en kom-pakt transformator, isolationsmaterial med hög hållfasthet väl-jes för att reducera lindningstjocklek och isolationsavstånd.

Spännings trans formatorn är en shuntapparat, varför nätets kort-slutningseffekt icke har någon betydelse för transformatorns

dimensionering.

27

3.4 .!ele~s_v.2:..ri.a.!i5!..n_m~d_s'p'ä~ni.n~e~

Tomgångsspänningsfal.let rOll varierar med spänningen efter transformatorns magnetiseringskurva, Zl kan betraktas som konstant.

Belastningsspänningsfallet 12Zk är proportionellt med U2 då

I =~2 Z

och Zl och Zk är konstanta.

wOmsättningsfelet E: = U

varierar som visats på tig 17 när spännings transformatorn ärbelastad med en konstant impedans.

.100 %

Varvkorrektion-Denna är lätt att åstadkomma på en spänningstransformator, då dehöga\lindningsvarvtalen ger möjlighet till justering i mycketsmå steg. Exakt korrektion kan erhållas endast för ett enda vär-de på 12.

Då en spänningstransformator enligt SEN 270821 skall hålla sinnoggrannhetsklass mellan bördan 25 % och märkbördan läggs ko~rek-tionen så att omsättningsfelet är mindre än + Emax vid 25% ochmindre än -Emax vid märkbörda. Se fig 18.

Fig 18 visar ett exempel, där hög noggrannhet har uppnåtts fören hög börda med hjälp av varvkorrektion.

Fig 18. Spännings trans-formatorns omsättningsfelvid konstant spänning somfunktion av sekundärbelast-

ningen.utan varvkorrektionmed varvkorrektionV %

28

3.5 §..p!~i!!:.g~t.E.a!!:.s!o.:III1.!t~r!!:.s_k~r!s.!u!ni.n~s!!.å.!l!a~t!!.e!

Då en spännings transformator p g a noggrannhetskraven måste ut-föras med mycket låg reaktans, bli.r kortslutningsströnnnen stor.Normerna föreskriver därför att transformatorn endast behöverklara full kortslutningsström under l sek. En spänningstransfor-mator måste därför alltid skyddas med säkringar eller momentan-utlösare på sekundärsidan, och skyddet bör placeras så näraspänningstransformatorn som möjligt.

Kortslutningsströmmen på primärsidan blir endast ca 1-2 A för en10 kV transformator och högspännings säkringar som bryter snabbtvid en så låg ström tillverkas ej.. Man kan alltså icke skyddaspännings trans formatorn med högspänningssäkringart men man an-vänder sådana för att. hindra fel i en spänningstransformator skalkunna störa driften på samlingsskenan.

Kortslutningsström i spänningstransformator vid kortslutningdirekt på sekundärklämmorna (för typ EMF... på mätlindning) vidmärkspänning.

Ik A

200268258345247770160200190

typ

EMFC 24

EMFC 36EMFC 52

EMFC 72EMFC 84EMFC 145EHFB 12EHFB 24EHAA 12

3.6 2-p!n.!?:.i.!?:.g~tE.a.!?:.s!°.E.In~t.9..r~r_m~d_fleE.a_s~k~n!!:.äE.lin!!:.nin~aE.

Spänningstransformatorn kan utföras med flera än en sekundärlind-ning. Detta göres när man vill ha skilda lindningar för olika

ändamål. Varje belastad sekundärlindning tar belastningsströmfrån primärlindningen, och det totala spänningsfallet i dennaförorsakas av summan (geometrisk addition) av sekundärbelast-ningarna.

på spänningstransformator kan man alltså icke få skildasekundärkretsar, som är oberoende av varandra, till skillnadfrån strömtransformatorn där varje sekundärkrets matas av var sin

kärna.

Det vanligaste utförandet är att förse spänningstransformatorerför Y-koppling i trefasnät med en extra sekundär lindning förjordfelsskydd eller indikering. Denna lindning är vid ostörddrift obelastad och påverkar icke noggrannheten för den normalasekundärlindningen.

Spänningstransformatorer för mätning i ett trefasnät kopplas van-ligtvis enligt fig 19.

29

Transformatorerna utföres numera praktiskt taget uteslutandesom enfastransformatorer. (Trefas spänningstransformatorerär i praktiken oekonomiska). Koppling enligt kallad V-kopplingsker med två enfastransformatorer utförda för anslutning tillhuvudspänning. De måste förses med två fullisolerade högspänningfanslutningar och med fullt isolationsavstånd både mellan faseroch till jord. Detta är en vanlig koppling för upp till 24 kV

systemspänning.

Koppling enligt fig 19 b, Y-koppling, ger samtliga huvud- och fasspänningar. Transformatorerna utföres för anslutning mellan fasoch jord, och därför med graderad isolation. De har bara en full-

isolerad primäranslutning.

Primärlindningens andra ände anslutes till jord antingen direktmed en invändig förbindelse till transformatorlådan, eller (förhögre spänningar) med en lågspännings genomföring och yttre jord-förbindelse. Detta gör att denna typ är den mest ekonomiska vidspänningar från 33 kV och upp till 154 kV. För högre spänningarblir kondensator-spänningstransformatorn gynnsammast.

Kondensatorspännings trans formatorn kommer till användning vid

märkspänningar> 66 kV när högfrekvens överföring på kraftlinjer-na kommer i fråga.

För trefas-grupp så samlingsskena anv~ndes alltid 3 st enpoligaspänningstransformatorer, då man önskc'lr jordfelsindikering.

Jordfelslindningen väljes vanligtvis för ~ V vid icke direkt-

jprdade nät, och för 110 V vid direkt jordade nät, då man i bådafallen önskar 110 V över den öppna tertiärlindningen vid fullt

jordfel.

Spännings vektorernas lägen för de olika fallen framgår av fig

Vid Y-koppling blir fullt utbildat jordfel på en fas ~änningenöver spännings transformatorerna i de friska faserna 13 gångerhögre än märkspänningen. Då man vanligtvis låter driften fort-sätta även med jordfel, föreskriver normerna att enspoliga spän-nings trans formatorer skall klara 110 % huvudspänning under 8timmar utan skadlig uppvärmning.. Flödestätheten måste därförväljas så att kärnan mättas vid lägst 1,1 /3 x märkspänning

-1,9 x U, .n

Fig 19. Inkoppling avspännings transformator.a) 2-poliga transforma-torerb) l-poliga transforma-torer

30

~a.!. ~v_o~s!t!n.!.n~3.7

Spänningstransformatorns omsättning bör väljas så att omsätt-ningskvoten m blir ett runt tal.

SEN 270821 har standardomsättningarna

3300/110 V6600/110 V11000/110 V22000/110 V33000/110 V

ffi = 30ffi = 60ffi = 100ffi = 200ffi = 300 osv

En hel del förbistring har förorsakats av olikheten mellan be-greppen systemspänning och driftspänning, och att tyska normerhar ett standardvärde p,~ sekundärspänningen av 100 V, men medsamma omsättningsförhållande som svenska normerna. Man har där-för valt onödiga omsättningar som 10000/110, 30000/110 etc.

Som visats i fig 20 varierar felen mycket litet med spän-ningen, varför man utan olägenhet kan välja närmaste standard-värde på omsättningen. En modern spänningstransformator ger rättvärde inom 20-120 % av märkspänningen (även om normerna anger90-110 %).

3.8 !e.ED1i.s~ ~r!n~

Spänningstransformatorn märkbörda bestäms av tillåtet spännings-fall vid angiven noggrannhetsklass. Den termiska gränsbördanär den kontinuerliga sekundärbelastning transformatorn tål utanatt temperaturstegringen i någon del av denna överstiger de vär-den som normerna anger

Tabell:

Standardomsättningar för spänningstransformatorer:

440/110 ~/llQ.550/110 /j 133300/110 55000/1106600/110 ~ -11000/110 y 3 13

22000/110 66000/11033000/110 ~ nZ.1QQ.Q/llQ(3 13

132000/~1"3 13

220000/110n-~385000/l19-n (3

31

EMFC 145Omsättningsfel E

l) Börda l VA"2) 200 VA eos lp 2 0,83) II 300 VA 11-

Vinkelfel15

"/.

EMFC 52

l) Börda 10 VA coslp 2 0,82) 'f 200 VA "-

Vinkelfel()

c. rad-hlin. "

32

Observera att en enpolig spänningstransformator även måste klar~8 timmars drift med huvudspänning, varvid belastningen räknat iVA blir 3 gånger högre än vid märkspänning = fasspänning. Denabsoluta termiska gränsen för en enpolig transformator är alltså3 gånger märkgränsbördan.

]

!!j Fig 21

110~T ~

Ostörd drift

~6~/~ o~2:S~V ~Fullt jordfel,"ej direkt j ordat nät Fullt jordfel,

direkt j ordat nät

3.9 2.v.!n~n~n~s!e.!!.o~e.!!.

Vid ojordade när bildar nätets jordkapacitans, som ligger paral-lellt med de enpoliga spännings transformatorernas reaktans tilljord, en svängningskrets. Det kan därför vid vissa drifttill-fälIen inträffa, att denna svängningskrets egenfrekvens koIDIner iresonans med vissa över- eller undertoner i nätet.

Vid resonans med en underton kan transformatorkärnan mättas, var-vid magnetiseringsströmmen ökar till det. mångdubbla och transfor-matorn överhettas och förstörs. Vid resonans med en överton kanspänningsamplituden öka till så höga värden att genomslag i iso-lationen uppstår. Detta fenomen har dock endast teoretiskt in-tresse, då så låga värden på reaktans och kapacitans i praktikenicke uppnås. Sådana över- och undertoner dämpas lätt ~t med ettlämpligt motstånd anslutet till jordfelslindningen (Se ASEAsbroschyr 7531).

3.10 ~°.E.P.!.i!!.g2..b~r~ 2..p!n!!.i!!.g2..t!.a!!.s!°EIn~t..?.r~r

Omkopplingsbara spänningstransformatorer önskas ofta. på grundav t ex planerad spänningsomläggning kan det ofta vara önskvärtatt installera spänningstransformatorer, som är omkopplingsbaramella~ två spänningar. Att utföra detta på primärsidan som fören strömtransformator är icke ekonomiskt. Sekundär omkoppling ärdärför den i praktiken förekommande metoden.

IU,lif,.

,.~~~/'~,...,

33

Då spänningstransformatorns primärlindning förblir oförändrad,sjunker flödet proportionellt med spänningen, och sekundärlind-ningens varvtal måste ökas i proportion

r:l' -.!l El" -Nl .El -NZ' El -"N2" Ex f1.g 22

Med oförändrade yttre dimensioner betyder detta att en avsevärtstörre sekundärlindning måste få plats och denna måste därförlindas med klenare tråd än normalt, med högre R och X som följdVid den högre spänningen får därför en omkopplingsbar transfor-mator lägre märkbörda än en icke omkopplingsbar.

3.11 :!!.p!n.!!:.i.!!:.g~t.!::a.!!:.s!°.!:In2.t:!..r.!!:.s_k:!..n~t.!::u~t!o.!!:.

Som redan nämnts skiljer man mellan enpoliga transformatorer förinkoppling mellan fas och jord, och tvåpoliga för anslutning tillhuvudspänning.

Efter isolation får man indelningen

TorrisoleradeOljeisolerade

Torrisolerade transformatorer är utförda med isolation huvudsak-ligen av porslin eller plats. Rena plastisolerade transformatorerkan ej med nuvarande plastmeterial användas utomhus.

Det är av stor vikt att isolationen är homogen och blåsfri, dådet annars uppstår glimningar i isolationsskikten. ASEAs långtids'prov har visat att långvarig glimning bryter ned isolationsmate-rialet. Risk för genomslag och haveri föreligger därför om\glim-ningen förekommer mellan lindnings lager eller vid lindningskant.För plastisolerade transformatorer är sålunda radiostörningsprovett nödvändigt rutinprov för glimfriheten. Detta gäller allmäntför pl~stisolerade mättransformatorer, men svårigheterna ärspeciella för spänningstransformatorer med sina stora antallindningsvarv med klen tråd.

Oljeisolerade transformatorer utföres numera allmänt som olje-minimumtyper: isolationen består av oljeimpregnerat papper ochlite fri olja.

;}.J.QQQ,13"

4.4Q.Q.Q/3""" /

Fig 22

34

3.12 ~r~vE.i~g_a~ '?'-p!nE.iE.g~t.!".aE.s!°.:!:1Il~t~r--

Typprov:

StötspänningsprovVäxelspänningsprov l min i regn för utomhus typerTemperaturstegringsprov vid märklast och gränslastKortslutningsprov

Rutinprov

1 mm växelspänningsprov, primärt. eller sekundärt.

Prov för noggrannhet av omsättnings- och vinkelfel med bördorenl norm

Kontroll av uttagsmärkning

Kontroll av spänningsfaktor

För oljeisolerade typer kontroll av täthet

Jämförelse mellan: Bilaga l

SEN 270811-1910IEa 185-1966

Gäller f'ör värden mellan 100 % och50 % av märkbördan, cos ~2 = 0,8

och cos ~l = 1,0-0,7 ind.

Gäller för värden mellan 25 % och 100 % avmärkbördan, min. l VA,

cos ~2 = 0,8 för bördor> 5 VA

cos ~2 = 1,0"" < 5 VAEf'f'ekt f' el et p = ~

Vinkelf'el S

c.rad..+2.4..1.-- ~ I

...

Vinkelf'el [,min.

+60-;

~

",~1/'2. ~4o-tf1,

+O,b

oo

-20-4-0.6-

-4(~-1.1.

-60

-,-

,---:::ro .-q'S ...1.0 +-fs --ro-Q s-f,t -0.6 o +0:(1

oms.:fel E, %Kontrolldiagram :för kl. 0,6

-:..-

1.5'

oms.fel e %Kontrolldiagram för kl. 0,5

l c.rad = 34,4 min.

Diagrazmnen är återgivna i samma skala.

Bilaga

Konstruktivt förfarande:

För att transformatorn skall uppfylla klasskraven, måste lOJsändpunkt ligga inom de markerade reaktanglarna som markerargränserna för omsättnings- och vinkelfel.

Ri är sekundärlindningens resistans, dess läckreak-tans förutsättes vara försumbart (vanligt praktikfall

Bördans resistans

II reaktans

(Bördans effektfaktor är normenligt 0,8 vid provning)

E är sekundärkretsens totala spänning lik transforma-torns inducerade spänning

lP kärnans flöde ligger 900 fasförskjutning mot E

I~ magnetiserings s trömmens wattlösa komponent, i fas med1.6, i % av ström

I f magnetiseringsströmmens förlustkomponent (järnförlust-en) 900 mot ~, i % av ström

Räkneexempel

Omsättning 800/5 A. 50 HzNl = l NZ = 800:5 = 160 varv

Börda 50 VA. Klass 0,5

Kärna: Ringkärna medAj = 20 cm2. Lj = 50 cm

150-,

Sek lindningens resistans:Trådlängd:

R = (2 .50 + 2 .40) 160 = 28,8 ro + 10 %31 ro

Väljes tråd 2 ~ ~ A = 3,142

R = 0,018 .31 = O 18 hm X = O3,14 ' o ,

Bördans impendans = ~ = 2 ohm, cos cp 0,8

Bilaga 2

R = 2 .eos cp 2 = 1,6 ohm

x = 2 .sin cp 2 = 1,2 ,..

Total resistans 1,6 + 0,18 = 1,78 ohm" reaktans 1,2 ohm = 1,2 ohmII impedans = 2,15 ohm

Ei märkström = 2,15 .5 = 10,75 volt

E 231: _4i = "12"- 20 -B -160 -50 -la v = 10,75 V

B = 0,151 Tes1a (Wb/m2)

(1510 Gauss)

Från magn-kurvan får vi

HJl == 0,032 At/cm

nf = 0,028 tl-

Ei = 1,075 V, B = 0,0151 Tes1a

(151 gauss)

1].1 = 0,0027 ..50160

Hll = 0,0067 = 0,0021 A

00038 .50If = ~.1.~~Hf = 0,0038 = Q,OOl18