POLITECHNIKA POZNAŃSKA Instytut Elektrotechniki Przemysłowej Zakład Maszyn Elektrycznych |
|||
Laboratorium Maszyn Elektrycznych Ćwiczenie nr: 1 Temat: Badanie transformatora trójfazowego. |
|||
Rok akademicki: 1997/98 Wydział: Elektryczny Studia: Dzienne Semestr: VI Specjalność: MSS |
Tomasz Grzegorzek Andrzej Pulikowski Sebastian Rabcewicz Sebastian Ślęzak Jacek Zbierski |
Data wykonania ćwiczenia: 30.03.98 Data oddania sprawozdania: 06.04.98 |
Ocena:
|
Uwagi:
|
Wstęp.
Celem przeprowadzenia niniejszego ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami wykonania próby biegu jałowego i stanu zwarcia transformatora oraz określenie rzeczywistych wartości parametrów charakteryzujących transformator trójfazowy, wyznaczenie wartości elementów schematu zastępczego. Do wyznaczenia wymienionych parametrów i ich porównania z danymi podanymi przez producenta na tabliczce znamionowej, niezbędne jest właściwe przeprowadzenie następujących prób:
Badanie izolacji i wyznaczenie współczynnika absorpcji;
Pomiar rezystancji uzwojeń;
Pomiar przekładni napięciowej transformatora;
Próba stanu jałowego - wyznaczenie charakterystyk: I1, Im, IFe,= f(U1);
Próba zwarcia - wyznaczenie charakterystyki I1Z, P1Z, cosjZ = f(U1), wyznaczenie napięcia zwarcia i składowych UX, UR, oraz impedancji zwarciowej;
Narysować schemat zastępczy transformatora z podaniem wartości obliczonych elementów;
Na podstawie schematu zastępczego wykreślić w skali wykres wskazowy dla I2 i cosj podanych przez prowadzącego;
Wyznaczyć spadek napięcia transformatora przy obciążeniu znamionowym i cosj podanym.
Dane znamionowe badanej maszyny.
Dane znamionowe badanego transformatora trójfazowego typu T40P 5026:
U1n = 6 [kV]
U2n = 400 [V]
ϑn = 6/0,4 [kV/kV]
Sn = 50 [kV⋅A]
UZn% = 3,75 %
fn = 50 [Hz]
I1n = 4,81 [A]
I2n = 72,3 [A]
Układ połączeń Dy - tzn. uzwojenie pierwotne połączone jest w trójkąt, wtórne w gwiazdę.
Badanie izolacji i wyznaczenie współczynnika absorpcji.
Podstawową próbą stanu izolacji, jaką należy wykonać podczas przyjmowania transformatora do eksploatacji oraz podczas jego przeglądów, jest pomiar stanu izolacji. Podczas tego pomiaru obserwuje się zmianę izolacji w czasie. Stosunek rezystancji po 60 sek (R60) do rezystancji po 15 sek (R15) nazywa się wskaźnikiem absorpcji. Wskaźnik ten pozwala ocenić stan zawilgocenia izolacji, im jest on mniejszy, tym izolacja jest bardziej zawilgocona.
Pomiaru rezystancji izolacji uzwojeń dokonaliśmy za pomocą induktorem (megaomierzem), a wyniki pomiarów zapisałem w tabeli III-1.
Tabela III-1 Wyniki pomiarów i obliczeń.
Lp. |
Uzwojenie. |
|
R15 |
R60 |
R60 / R15 |
- |
- |
|
MW |
MW |
- |
1 |
GN / DN |
|
400 |
600 |
1,50 |
2 |
GN / obudowa |
|
400 |
400 |
1,00 |
3 |
DN / obudowa |
|
80 |
100 |
1,25 |
Pomiar rezystancji uzwojeń.
Pomiaru rezystancji uzwojeń dokonaliśmy za pomocą mostka Wheatstone'a oraz mostka Thompsona, natomiast wyniki pomiarów w tabeli IV-1, a wyniki w tabeli IV-2.
Tabela IV-1 Wyniki pomiarów.
Uzwojenie górne. |
|
|
Uzwojenie dolne. |
|
|
|||
RAB |
RBC |
RCA |
Rab |
Rbc |
Rca |
|||
W |
W |
W |
mW |
mW |
mW |
|||
15,8 |
15,9 |
16 |
80 |
75 |
80 |
Tabela IV-2 Wyniki obliczeń.
Uzwojenie górne. |
|
|
Uzwojenie dolne. |
|
|
||||
RA |
RB |
RC |
Ra |
Rb |
Rc |
||||
W |
W |
W |
mW |
mW |
mW |
||||
23,552 |
23,849 |
24,153 |
42,5 |
37,5 |
37,5 |
||||
Wartość średnia RGN: |
|
23,851 |
Wartość średnia RDN: |
|
39,167 |
Wzory wykorzystane do obliczeń:
gdzie: Ra, Rb, Rc - rezystancje fazowe strony dolnego napięcia;
Rab, Rbc, Rca - rezystancje pomierzone pomiędzy danymi zaciskami strony dolnego napięcia;
RA, RB, RC - rezystancje fazowe strony górnego napięcia;
RAB, RBC, RCA - rezystancje pomierzone pomiędzy danymi zaciskami strony górnego napięcia;
Rezystancje R2=RDN w celu dalszych obliczeń należy sprowadzić na stronę górnego napięcia:
Pomiar przekładni napięciowej transformatora.
Przekładnią napięciową transformatora nazywa się stosunek napięć znamionowych przewodowych uzwojenia górnego napięcia i uzwojenia dolnego napięcia w stanie jałowym (układ połączeń transformatora Dy):
gdzie: U1; U20 - napięcia przewodowe odpowiednio strony wyższego i niższego napięcia.
Tabela V-1 Wyniki pomiarów i obliczeń.
|
Pomiary. |
Obliczenia. |
||||||||||
Lp. |
UAB |
UBC |
UCA |
Uab |
Ubc |
Uca |
JAB |
JBC |
JCA |
J |
JN |
DJ |
- |
V |
V |
V |
V |
V |
V |
- |
- |
- |
- |
- |
% |
1 |
600 |
605 |
595 |
40,16 |
39,91 |
40,09 |
14,94 |
15,16 |
14,84 |
14,98 |
15,00 |
0,13 |
2 |
500 |
505 |
500 |
33,35 |
33,6 |
33,63 |
14,99 |
15,03 |
14,87 |
14,96 |
15,00 |
0,24 |
3 |
400 |
400 |
397,5 |
26,81 |
26,63 |
26,78 |
14,92 |
15,02 |
14,84 |
14,93 |
15,00 |
0,48 |
|
Uzwojenie górne. |
Uzwojenie dolne. |
Średnia: |
14,96 |
15,00 |
0,29 |
Wyznaczona przez nas przekładnia wynosi: J =14,96.
Próba stanu jałowego.
Celem próby stanu jałowego jest wyznaczenie strat mocy w rdzeniu oraz prądu stanu jałowego transformatora. Na podstawie próby biegu jałowego możemy wyznaczyć charakterystyki stanu jałowego tzn. przebiegi wartości strat jałowych (mocy stanu jałowego), prądu jałowego i współczynnika mocy stanu jałowego w funkcji napięcia, czyli zależności I10,Im1,IFe1=f(U10), P10, Q10=f(U10), cosj10=f(U10).
Próbę biegu jałowego wykonywaliśmy zasilając stronę dolnego napięcia ze względu na jego dostępność, podczas której wykonaliśmy pomiary prądu jałowego I20, napięcia w stanie jałowym U20 oraz mocy P20 pobieranej przez transformator. Schemat układu do pomiaru wyżej wymienionych parametrów został przedstawiony na załączonym rysunku.
Rysunek VI-1 Schemat układu pomiarowego do próby biegu jałowego.
Tabela VI-1 Wyniki pomiarów.
Lp. |
UAB |
UBC |
UCA |
IA |
IB |
IC |
Pa |
Pb |
U2 |
I20 |
P10 |
- |
V |
V |
V |
A |
A |
A |
W |
W |
V |
A |
W |
1 |
440 |
447,5 |
450 |
9,9 |
7,5 |
8 |
2520 |
-2000 |
445,83 |
8,47 |
520 |
2 |
420 |
425 |
425 |
7,5 |
5,65 |
6 |
1880 |
-1400 |
423,33 |
6,38 |
480 |
3 |
400 |
400,5 |
400,5 |
6,1 |
4,4 |
4,7 |
1480 |
-1040 |
400,33 |
5,07 |
440 |
4 |
380 |
385 |
385 |
4,8 |
3,5 |
3,6 |
1120 |
-760 |
383,33 |
3,97 |
360 |
5 |
360 |
365 |
365 |
3,9 |
2,8 |
2,9 |
880 |
-560 |
363,33 |
3,20 |
320 |
6 |
340 |
345 |
345 |
3,2 |
2,25 |
2,3 |
680 |
-400 |
343,33 |
2,58 |
280 |
7 |
320 |
322,5 |
322,5 |
2,5 |
1,8 |
1,8 |
520 |
-280 |
321,67 |
2,03 |
240 |
8 |
280 |
285 |
282,5 |
1,7 |
1,2 |
1,2 |
340 |
-140 |
282,50 |
1,37 |
200 |
9 |
240 |
244 |
242 |
1,1 |
0,7 |
0,8 |
200 |
-40 |
242,00 |
0,87 |
160 |
10 |
200 |
202 |
202 |
0,76 |
0,65 |
0,55 |
130 |
-20 |
201,33 |
0,65 |
110 |
11 |
160 |
162 |
162 |
0,57 |
0,43 |
0,4 |
80 |
0 |
161,33 |
0,47 |
80 |
12 |
120 |
120 |
121 |
0,44 |
0,33 |
0,33 |
50 |
0 |
120,33 |
0,37 |
50 |
Wzory wykorzystane do obliczeń:
Tabela VI-2 Wyniki obliczeń.
Lp. |
U1 |
I20' |
cosj10 |
Q10 |
DPCu10 |
DPFe |
Im1 |
IFe1 |
RFe1 |
Xm1 |
Z1 |
- |
V |
A |
- |
VAr |
W |
W |
A |
A |
kW |
kW |
kW |
1 |
6687,5 |
0,564 |
0,080 |
6517,30 |
25,269 |
494,73 |
0,563 |
0,045 |
90,40 |
6,86 |
90,66 |
2 |
6350 |
0,426 |
0,103 |
4655,80 |
14,363 |
465,64 |
0,423 |
0,044 |
86,60 |
8,66 |
87,03 |
3 |
6005 |
0,338 |
0,125 |
3485,55 |
9,049 |
430,95 |
0,335 |
0,042 |
83,68 |
10,35 |
84,31 |
4 |
5750 |
0,264 |
0,137 |
2608,96 |
5,546 |
354,45 |
0,262 |
0,036 |
93,28 |
12,67 |
94,13 |
5 |
5450 |
0,213 |
0,159 |
1988,21 |
3,610 |
316,39 |
0,211 |
0,034 |
93,88 |
14,94 |
95,06 |
6 |
5150 |
0,172 |
0,182 |
1510,50 |
2,352 |
277,65 |
0,169 |
0,031 |
95,53 |
17,56 |
97,13 |
7 |
4825 |
0,136 |
0,212 |
1107,14 |
1,457 |
238,54 |
0,132 |
0,029 |
97,60 |
21,03 |
99,83 |
8 |
4237,5 |
0,091 |
0,299 |
638,11 |
0,658 |
199,34 |
0,087 |
0,027 |
90,08 |
28,14 |
94,37 |
9 |
3630 |
0,058 |
0,440 |
326,14 |
0,265 |
159,74 |
0,052 |
0,025 |
82,49 |
40,40 |
91,86 |
10 |
3020 |
0,044 |
0,483 |
199,52 |
0,150 |
109,85 |
0,038 |
0,021 |
83,03 |
45,71 |
94,78 |
11 |
2420 |
0,031 |
0,613 |
102,98 |
0,077 |
79,92 |
0,025 |
0,019 |
73,28 |
56,87 |
92,75 |
12 |
1805 |
0,024 |
0,654 |
57,80 |
0,047 |
49,95 |
0,018 |
0,016 |
65,22 |
56,37 |
86,21 |
Ponieważ pomiary wykonaliśmy po stronie niższego napięcia, więc uzyskane wyniki przeliczyłem na stronę wyższego napięcia. Przy obliczaniu DPCu10 uwzględniłem, że strona wtórna na której była wykonywana próba jest połączona w gwiazdę.
Wzory wykorzystane do obliczeń:
Charakterystyki stanu biegu jałowego:
Charakterystyka VI-1 Zależność I10, Im1, IFe1 = f(U10).
Charakterystyka VI-2 Zależność DPFe, Q10 = f(U10).
Charakterystyka VI-3 Zależność cosj10 = f(U10).
Wyznaczenie charakterystycznych wartości w odniesieniu do napięcia znamionowego.
Na podstawie pomiarów próby biegu jałowego można wyliczyć wartość procentową prądu stanu jałowego:
Gdzie prąd znamionowy strony pierwotnej I1N obliczono wg zależności między mocą, napięciem a prądem:
Możliwe jest także wyznaczenie procentowe strat mocy transformatora na biegu jałowym:
Tabela VI-3 Zestawienie wyników próby biegu jałowego dla warunków znamionowych.
U1n |
I10 |
DP10 |
DPFe |
cosj10 |
||
V |
A |
% |
W |
% |
W |
- |
6000 |
0,338 |
7,03 |
440 |
0,88 |
436,98 |
0,125 |
Próba zwarcia pomiarowego.
Przy próbie stanu zwarcia zwiera się uzwojenie wtórne, natomiast uzwojenie pierwotne zasila się napięciem nastawianym od zera do takiej wartości, przy której przez uzwojenie transformatora przepływać będzie prąd znamionowy. Napięcie to nazywane jest napięciem zwarcia transformatora. Podczas próby zwarcia wyznacza się charakterystyki zwarcia tzn. przebiegi prądu, współczynnika mocy i mocy pobranej w stanie zwarcia w funkcji doprowadzonego napięcia, czyli zależności I1z=f(U1z), cosj1z=f(U1z), P1z=f(U1z).
Podczas próby zwarcia dokonaliśmy pomiarów napięcia zwarcia U1z, prądu zwarcia I1z oraz mocy P1z jaką pobiera transformator w stanie zwarcia, zmieniając wartość napięcia doprowadzonego do uzwojenia pierwotnego transformatora.
Schemat układu pomiarowego:
Rysunek VII-1 Schemat układu pomiarowego dla próby stanu zwarcia pomiarowego.
Tabela VII-1 Wyniki pomiarów.
Lp. |
UAB |
UBC |
UCA |
IA |
IB |
IC |
I2Z |
Pa |
Pb |
- |
V |
V |
V |
A |
A |
A |
A |
W |
W |
1 |
212 |
216 |
214 |
5,0 |
4,65 |
5,2 |
|
1000 |
260 |
2 |
210 |
212 |
210 |
4,9 |
4,6 |
5,2 |
|
990 |
270 |
3 |
210 |
208 |
206 |
4,8 |
4,55 |
5,05 |
|
960 |
260 |
4 |
200 |
202 |
201 |
4,7 |
4,4 |
4,9 |
|
900 |
250 |
5 |
198 |
200 |
198 |
4,6 |
4,3 |
4,6 |
|
870 |
240 |
6 |
190 |
192 |
190 |
4,4 |
4,15 |
4,6 |
|
800 |
230 |
7 |
174 |
174 |
174 |
4,0 |
3,8 |
4,2 |
|
660 |
190 |
8 |
156 |
158 |
158 |
3,6 |
3,45 |
3,8 |
|
550 |
150 |
9 |
138 |
140 |
138 |
3,2 |
3,05 |
3,3 |
|
420 |
120 |
10 |
121 |
122 |
122 |
2,8 |
2,65 |
2,9 |
|
320 |
90 |
11 |
104 |
105 |
104 |
2,4 |
2,25 |
2,5 |
|
240 |
60 |
12 |
86 |
87 |
87 |
2,0 |
1,9 |
2,1 |
|
160 |
40 |
13 |
69 |
69 |
69 |
1,6 |
1,5 |
1,65 |
|
100 |
20 |
14 |
52 |
52 |
52 |
1,2 |
1,15 |
1,2 |
|
60 |
10 |
Tabela VII-2 Wyniki obliczeń.
Lp. |
U1Z |
I1Z |
DPZ |
cosj1Z |
ZZ |
RZ |
XZ |
- |
V |
A |
W |
- |
W |
W |
W |
1 |
214,0 |
5,0 |
1260 |
0,687 |
74,881 |
51,423 |
55,481 |
2 |
210,7 |
4,9 |
1260 |
0,705 |
74,466 |
52,478 |
54,921 |
3 |
208,0 |
4,8 |
1220 |
0,705 |
75,056 |
52,951 |
55,717 |
4 |
201,0 |
4,7 |
1150 |
0,708 |
74,602 |
52,806 |
55,104 |
5 |
198,7 |
4,5 |
1110 |
0,717 |
76,467 |
54,815 |
57,604 |
6 |
190,7 |
4,4 |
1030 |
0,712 |
75,341 |
53,608 |
56,101 |
7 |
174,0 |
4,0 |
850 |
0,705 |
75,344 |
53,125 |
56,105 |
8 |
157,3 |
3,6 |
700 |
0,710 |
75,348 |
53,516 |
56,111 |
9 |
138,7 |
3,2 |
540 |
0,706 |
75,448 |
53,288 |
56,245 |
10 |
121,7 |
2,8 |
410 |
0,699 |
75,712 |
52,924 |
56,599 |
11 |
104,3 |
2,4 |
300 |
0,697 |
75,823 |
52,814 |
56,746 |
12 |
86,7 |
2,0 |
200 |
0,666 |
75,056 |
50,000 |
55,717 |
13 |
69,0 |
1,6 |
120 |
0,634 |
75,481 |
47,867 |
56,289 |
14 |
52,0 |
1,2 |
70 |
0,657 |
76,113 |
49,990 |
57,133 |
Strona górnego napięcia jest podłączona w trójkąt, stąd wszystkie obliczenia przeprowadziłem dla takiego układu połączeń.
Wzory wykorzystane do obliczeń:
Charakterystyki stanu zwarcia pomiarowego:
Charakterystyka VII-1 Zależność IZ = f(U1Z).
Charakterystyka VII-2 Zależność P1Z = f(U1Z).
Charakterystyka VII-3 Zależność cosjZ = f(U1Z).
Wyznaczenie impedancji zwarcia i składowych napięcia zwarcia w odniesieniu do znamionowego prądu - prądu zwarcia znamionowego.
Wyniki próby stanu zwarcia służą także do obliczenia impedancji zwarcia transformatora, jaką transformator przeciwstawia prądowi:
Rezystancja zwarcia - z pomiaru bezpośredniego:
Reaktancja zwarcia:
Procentowy spadek napięcia na rezystancji w próbie zwarcia określa następujący wzór:
oraz procentowy spadek napięcia na reaktancji:
Procentowe napięcie zwarcia:
Wyznaczone powyżej procentowe napięcie zwarcia jest zbliżone do wartości, którą podaje producent: Uz% = 3,75 %
Tabela VII-3 Zestawienie wyników próby zwarcia dla prądu znamionowego.
U1Z |
UR% |
UX% |
I1Z |
DPZ |
cosj1Z |
ZZ |
RZ |
XZ |
|
V |
% |
% |
% |
A |
W |
- |
W |
W |
W |
208,0 |
3,47 |
2,33 |
2,58 |
4,8 |
1220 |
0,705 |
75,06 |
50,29 |
55,72 |
Na podstawie przeprowadzonej próby zwarcia i otrzymanych z tej próby wyników, można wykreślić trójkąt zwarcia:
Wyznaczenie parametrów schematu zastępczego transformatora.
Schemat zastępczy transformatora trójfazowego dla jednej fazy w postaci czwórnika typu T, przedstawiono na rysunku:
Rysunek VIII-1 Schemat zastępczy transformatora.
Przedstawiony schemat zastępczy zawiera elementy zarówno strony pierwotnej jaki i strony wtórnej sprowadzonej na stronę górnego napięcia oraz elementy gałęzi poprzecznej. Wartości parametrów schematu zastępczego wyznacza się na podstawie prób: stanu jałowego i stanu zwarcia pomiarowego.
Wyniki próby stanu jałowego służą do wyznaczenia parametrów gałęzi poprzecznej, tzn. reaktancji magnesującej Xm oraz rezystancji zastępczej strat mocy w rdzeniu RFe oraz prądów Im1 i IFe1Parametry te dla otrzymanych wyników pomiarów i obliczeń przeprowadzonych w pkt. VI są zawarte w tabeli VI-2.
Natomiast dla napięcia znamionowego, poniżej:
Opierając się na wynikach próby stanu zwarcia (pkt. VII), można wyznaczyć parametry gałęzi podłużnej: reaktancję rozproszenia uzwojenia GN-Xr1 i uzwojenia DN-Xr2'. Rezystancję reprezentujące straty mocy w tych uzwojeniach wyznaczyliśmy bezpośrednio przez techniczne metody pomiaru rezystancji - pkt. IV.
Wartości rezystancji i reaktancji dla prądu zwarcia znamionowego są obliczone w punkcie VII a).
Ponieważ wyznaczenie reaktancji każdego uzwojenia z osobna jest niemożliwe, dlatego też przyjmuje się że są one sobie równe, stąd można zapisać:
gdzie wartość X'r2 jest wartością Xr2 sprowadzona na stronę GN.
Zestawienie wyników i wartości elementów schematu zastępczego:
gałąź podłużna górnego napięcia:
R1 = 23,85 [W]
Xr1 = 33,78 [W]
gałąź podłużna dolnego napięcia w odniesieniu do górnego napięcia:
R2' = 26,43 [W]
Xr2' = 33,78 [W]
gałąź poprzeczna:
RFe = 83,68 [kW] IFef = 42/√3 = 24,25 [mA]
Xm = 10,35 [kW] Imf = 335/√3 =193,4 [mA]
napięcia fazowe:
U1fn = 6000 [V]
U2fn = 400/√3 =230 [V]
prądy fazowe:
I1fn = 4,81/√3 = 2,78 [A]
I2fn = 72,3 [A]
I10f = 338/√3 = 195,1 [mA]
Wykres wskazowy transformatora.
Wykres fazorowy dla warunków obciążenia podanych przez prowadzącego jest dołączony do sprawozdania na osobnej kartce papieru milimetrowego.
Warunki obciążenia podane przez prowadzącego:
współczynnik mocy:
cosj2 = 0.8poj
prąd obciążenia:
I2 = 0,8 ⋅ I2n = 0,8 ⋅ 72,3 = 57,84 [A]
Wnioski.
Badanie transformatora trójfazowego.
Laboratorium Maszyn Elektrycznych Str. 10
Laboratorium Maszyn Elektrycznych Str. 1
R1=23,85 [W]
Xr1=33,78 [W]
R2'=26,43 W
Xr2'=33,78 [W]
RFe=83,68 [kW]
Xm=10,35 [kW]