INDUKTIVA STROM- OCH SP~NNIt~GSTRANSFORMATORER

'~ ~ INDUKTIVA STROM- OCH SP~NNIt~GSTRANSFORMATORER ( (1 FKTA 1974-09-18 Thor Bach

Innehållsförteckning 1 Inledning Sid 1 2 Strömtransformatorn 2.1 Strömtransformatorns fel 2.2 Faktorer som påverkar strömtransformatorns fel Strömtransformator för mätning Strömtransformatorer för reläskydd 2.3 Normer 2.4 Varvkorrektion 2.5 Mättning, överströmstal 2.6 Sekundärspänningar Öppen sekundärkrets 2.7 Omsättnings-omkoppling 2.8 Speciella krav för speciella skydd Jordfelsskydd Differentialskydd Överströmsskydd 2.9 Transienta förlopp 2.10 Mättningens inverkan på olika skydd 2.11 Provning 2 3 4 7 7 9 10 Il 13 16 17 21 22 3 Spännings transformatorn 23 3.1 Spännings transformatorns fel 3.2 Normer 3.3 Faktorer som påverkar spänningstransformatorns fel 3.4 Felets variation med spänningen 3.5 Spänningstransformatorns kortslutningsförhållfasthet 3.6 Spänningstransformator med flera sekundärlindningar 3.7 Val av omsättning 3.8 Termisk gränslast 3.9 Svängnings fenomen 3.10 Omkopplingsbara spänningstransformatorer 3.11 Spänningstransformatorns konstruktion 3.12 Provning av spänningstransformator 23 24 25 27 28 28 30 30 32 32 33 34

l ~. Inledning Mättransformatorernas huvudsakliga uppgift är att Transformera ström eller spänning från vanligtvis höga värden till en sådan storleksordning, som man lätt kan utföra instrument och reläer för. 2. Isolera mätkretsen från de primära högspända systemen. 3. Möjliggöra standardisering av instrument, mätare, reläer, etc. för en eller några få märkströmmar och märkspänningar Mättransformatorer är specialutföranden av transformatorer, avsedda för mätning av ström eller spänning. För mättransformatorerna 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: ~_!1 EZ NZ.(2) Ekvation (l) ger utan vidare en strömtransformation i proportionen sekundärt till primärt varvtal. Ekvation (2) ger en spänningstransformation i proportion primärt till sekundärt varvtal. Strömtransformatorn, som bygger på formel l, är i sin ideella form en transformator i kortslutning, där sekundära klämspänningen är noll och magnetiseringsströmmen är försumbar, och en ideell spänningstransformator, formel 2, är en transtormator i tomgång, där belastningsströmmen är noll och spänningsfallet endast förorsakas av magnetiseringsströmmen, och därför är försum-bar. I praktiken uppnås icke dessa ideella tillstånd då man, ~ör att få någon glädje av mättransformatorerna, belastar dem med impedanser i form av instrument, reläer och ledningar. Avvikelserna från "idealtillståndet" förorsakar fel i strömtransfo1\"tnatorn av magnetiseringsströmmen och i spänningstransformatorn ~v belastningsströmmens spänningsfall.! Fig l är visardiagrammet för en enfastransformator och gäller för både ström- och spänningstransformator. Varvomsättningen antas vara 1:1 för att förenkla framställningen. Vid andra varvomsättningar omräknas de sekundära storlekarna med omsättningsförhållandet till samma skala som de primära. Den primära klämspänningen är UI. Vid vektoriell subtraktion av spänningsfallet IIZI från UI får vi E. E är i sin tur lika med den vektoriella summan av den sekundära klämspänningen U2 och det sekundära spänningsfallet 12Z2. U2 är lika spänningsfallet över belastningen Z. (För Z gäller normenligt enligt SEN cos~2 = 0,8 både för ström- och spänningstransformatorer).

") 2 Spänningen E induceras av flödet ~ 900 efter E. Flödet alstras magnetiseringsströmmen Im i fas med~. Im är tomgångsströmmen IO's reaktiva komponent, och i fas med E ligger tomgångsströmmens förlustkomponent If. :=3 E:z 2. Strömtransformatorn 2.1 Strömtransformatorns fel Strömtransformatorn belastas normalt ~v en impendans Z bestående av instrument, mätare, reläer och icke att förglömma ledningar (Z i fig l). Den inducerade spänningen E, som erfordras för att driva sekundärströmmen genom den totala belastningen Z2 + Z, kräver en magnetiseringsström lo som tas från primärsidan. lo deltar icke i transformationen. och i stället för 12 Il = mar.. k omsattn~ngen..' Kn (3) får vi Il -lo kl...' Il " 12 = ver ~g omsattn~ng.~ (4) Il = primär märkström 12 = sekundär märkström Omsättnings felet hos en strömtransformator (SEN 270811 och leg 185) definieras som Knls -lp.100 = E (5) lp Is lp = sekundärström = primärström

3 Dmsättningsfelet E (se tig l) är alltså den procentuella skill naden mellan märkomsättningens och den verkliga omsättningens storlek. Den räknas positiv när sekundärströmmen är större än vad märkomsättningen anger. Vinkelfelet o är skillanden i fas läge (se fig l), mät:t i centi radianer 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 (ömsättningsfelets maximivärde) får vi E: = Kd -Kn Kn.100 = Il -IQ -~ 12 12!l. 12 ID.100 = 100 Il lo delas på 2 vektoriella komponenter, en förlustkomponent If i fas med sekundärspänningen, och en magnetiseringskomponent 900 fasförskjuten från denna, i fas med flödet. (Se ex på Bil 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 strömtransformatorns fel, är beroende av flera faktorer För den inducerade spänningen gäller den vanliga formeln för en transformators E. (Eff värde). Den inducerade spänningen är samtidigt storheten för strömtrans formatorns belastningsförmåga, börda. Bördan är definierad (IEC 185) som den effekt i VA som den till s trömtrans formatorp anslutna impendans absorberar vid sekundär märkström och en given effektfaktor.

2. l. 3. 4 l 3. A = Kärnarean (i m2) 2 Hög noggrannhet. Ornsättningsfelet E = ID I.100 %

5 lo E: = -.100, Is där lo är den magnetiserijlgsström som erfordras för att magnetisera transformatorns kärna till erforderlig sekundärspänning. Vid induktionen B tar sekundärlindningen upp H ampervarv/m H.lj Hlj lo =- --:-- och E = NZ I.s N2 IN = f(b) efter magnetiseringskurvan H = ION/lj amp varv/m (fig 3) Felet varierar därför proportionellt med a: IN = magnetiserande ampervarvoch! b: lj = kärnans magnetiseringsväg, och omvänd2roportl~nellt med c: IsN = strömtransformatorns amperevarvtal Denna sista storhet, IsN, används därför ofta som parameter i s trömtrans formatorberäkningar. Vi ser att för en given strömtransformator med fastlagd A (area) och lj (järnlängd) bördan vid ett fastlagd max fel va~ierar approx. kvadratiskt med 12N2 = IINI (ampervarvtalet) då: utspänningen är prop mot N2 och B, B är tillnärmad prop mot lon2 som vid ett fastlagt lo varierar med N2. (P g a magnetiseringskurvans krökning är proportionaliteten icke rätlinjig). För en given börda är noggrannheten således beroende avamperevarvtal, och magnetiseringskurva. Varvtalen NI och N2 Vid låga märkströmmar kan alltså teoretisk hög noggrannhet erhållas, om man väljer att göra transformatorn med många primäroch sekundärvarv. Möjligheten att välja varvtalen fritt är emellertid begränsad, då: Primärlindningen NI skall genomflytas icke enbart av driftsströmmenj som seriekopplad apparat, och som reläskydqets informationskälla, måste strömtransformatorn fungera säkert även med störningar i nätet, utan att skadas. Primär lindningen Nl måste därför alltid dimensioneras så att termisk eller dynamisk skada icke uppstår vid de felströmmar som kan förekomma på strömtransformatorns plats i nätet. Detta innebär enl normer, att primärlindningens ledare måste ha ett tvärsnitt som ger en strömtäthet vid felström under l sek som icke överskrider 160 A/mm2 för kopparledare 95 A/mm2 för aluminiumledare.

00 lvi :fi För en printärlindning med så grov ledare begränsas primära och därmed också sekundära varvtalet av strömtransformatorns lindningsutrymme. Ökad lindningsutrymme innebär också ökad järnlängd, och därmed högre magnetiserande ampervarvoch magnetiseringsström. Ett praktiskt exempel är strömtransformator för låg märkström i ett nät med hög kortslutningsström. Kärnmaterial 6 W"l~l lo ~r- lo t1f 1:71 ljd t7'i l/1 t/1 H ;.,~.il(2t ~::J~.' C-plol(1 ~nrooo~ -";-m~ioii(.1i1 17N:-F~.'.9) I I Af j l5 H-lo! Tre olika kärnmaterial står till förfogande. My-metall (Fe-Ni-legering) har en brant magnetiseringskurva och låg 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 vid mätning vill man, för att skydda mätinstrumenten, helst ha låg mättningsgräns, dvs förhållandet mellan arbets induktion och mättnings induktion skall vara måttligt. Detta krav motverkar därför ofta kravet på noggrannhet. My-metall (se ovan) har emellertid en karakteristik som är idealisk för detta krav.

7 Str~mtran~..f rmator för rel~skydd Z =. E Kan d ar " f or " bl log., h,. Normer ~ --- Normer För endast att 20-tals år sedan fanns en uppsjö av nationella normer som trots många likheter ändå skilde sig avsevärt från varandra på olika punkter. Ar 1966 kom så International Electrical Gommissions Recommendation 185, kallad leg 185, o'ch sedan dess har samtliga europeiska länder anslutit sig till denna och ändrat sina egna normer därafter. (SEN 270811 följer denna mycket nära, den är till och med icke översatt, men utges på engelska). SEN 270811 för strömtransformatorn trädde i kraft l april 1971 och SEN 270811 för spänningstransformator 72-09-15. Dessa nya normer ersätter den tidigare SEN 2703 från 1952. vi har alltså nu kommit så långt i internationell el-standard att 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, först huvudgrupper, för mätning och för'skydd. Transform~torer för mätning (eller den kärna som är avsedd för mätning) är klassade enl nedan Klass 0,1 0,2 0,5 1,0 3 och 5 Användningsområde Laboratoriemätning Noggrann effektmätning av större energibelopp Normal debiteringsmätning Effektmätning och statistikmätning. Övervakning och kontrollinstrument. Mätning där högre noggrannhet ej erfordras Felgränser: Klass 0,1 0,2 0,5 1,0.:!:. procentuell omsättningsfel vid procent av märkström 10 I 20 1100 120 0,25 0,2 0,5 i 1,0 I 2,0 0,35 0,75' 1,5 1 centirad = 34,4 min 0,1 0,2 0,5 1,0 0,1 0,2 0,5 1,0 Vinkelfel vid procent av märkström (centirad) 10 120 Ic 100 -.- Procent omsättningsfel vid 50 % märkström i 120 % märkström 3 5 3 5 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 bördor mindre 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 1,8 crad 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 måste uppfyllas. Observera också att omsättningsfelet räknas i % av aktuell ström icke endast av märkström.

9 Reläskyddsklasserna är 5 P och 10 P Visarfel (composite error) är definierade som procentskillrtad mellan a; primärströmmens momentanvärde och b; sek strömmens momentanvärde multipliceras med omsättningstale Varvkorrektion Varvkorrektion innebär en ändring av sekundära varvtalet för korrigera omsättningsfel. Genom att välja N2 så att I1Nl = IZ'N2i stället för I2NZ får vi I2~~ 12 vid obelastad (kortsluten) transformator. Utan varvkorrektion är omsättningsfelet alltid negativt, dvs verklig sekundärström är mindre än märkströmmen. Genom att reducera antalet sek lindningsvarv ökas sekundärströmmen motosvarande. vi kan således kompensera för ~ värde av magnetiseringsströmmen vi gör alltså transformatorn med felaktig omsättning vid obelastad (kortsluten) transformator så att omsättningsfelet vid belastning 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 avsedda 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 mättning, dvs passerar magnetiseringskurvans "knä" och spänningens eff värde växer endast mycket långsamt. Mättningsgränsen definieras genom:

10 Fs = instrument security factor ALF = accuracy limit factor Fs, "Instrumentsecurity factor" (märköverströmstal för mätkärna) För mätkärnor användes uttrycke't Fs = 10 (ex) vilket innebär att sekundärströmmen ökar till max 10 gånger vid överströmmar och ansluten märkbörda. (n < 10). ALF "Acc~rac}:limit!actor" (märköverströmstal för reläkärna) För reläkärnor användes uttrycket ALF = 20 (ex), vilket innebär att sekundärströmmen ökar proportionellt med primärströmmen upp till min 20 gånger märkströmmen med ansluten märkbörda. (n > 20) Dessa två begrepp, Fs och ALF ersätter det tidigare använda begreppet överströmstalet n. Fs betyder n < ALF betyder n > Båda anger att mättningsspänningen ligger på angivet multipel av arbetsinduktionen vid märkström och märkbörda. (Fig 4). Ett annat, speciellt i engelsktalande länder, vanligt begrepp är "knäpunktspänningen", definierad som den punkt på magnetisringskurvan där 10 % höjning av spänningen (induktionen) ger 50 ökning av magnetiseringsströnunen. Svenska normer använder åter en annan metod för att ange mättningspunkten, en metod som ger ALF för vilken börda som helst: n = a ~, (ALF) där a är en konstant med dimensionen ohm, b är sekundärlindningens impedans, Z = är ansluten börda i ohm (inkl ledningar) Sätter vi n = l, blir Z + b = a, vilket innebär att a är den totala impedans som bringar strömtransformatorn upp till mättningsgränsen (10 % fel) vid märkström, kallar vi spänningen vid denna gräns = Em, så är a = ---ohm, Em Em = a.12 12. Formeln n = Z + a b~ = ALF ger ' i - praktiken salinna nytta som magnetiseringskurvan för s trömtrans formatorn. (Se bil 3).

11 Medan sekundärströmmen endast ökar mycket långsamt utöver mättningen med stigande primärström, så ökar sekundärspänningens toppvärde proportionellt med primärströmmen upp till 1,5.n.In, och reduceras sedan till 80 %. 70 % och 60 % av det 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 avsedd för anslutning av reläskydd. Överströmstalet är 20 vid 60 VA belastning och transformatorn är dimensionerad för en primär kortslutningsström av 100 gånger märkströmmen. Vid märkström och 60 VA belastning är sekundärspänningen 12 V vid 5 A, 30 V vid 2 A och 60 V vid 1 A sekundär märkström, dvs mycket rimliga spänningar. Eftersom överströmstaiet är 20, får omsättningsfelet vara högst 10 % när primärströmmen är 20 gånger märkströmmen. Vid denna primärström är därför sekundärspänningen nära 20 gånger större än vid märkström, dvs 240, 600 resp 1200 V. Dessa spänningar får också anses rimliga. Man kanske tycker att 1200 V effektivvärde är i högst.a laget men räknar med att kärnan är nästan mättad och tror att spänningen ihte blir så mycket högre även om primärströmmen ökar 100 gånger märkströmmen. Denna slutsats är emellertid felaktig, som visat ovan. Fig 5

12 Med den som exempel valda transformatorn erhåller man vid olika belastningar och olika kortslutningsströmmar toppvärden enligt nedanstående tabell. Överströmstalet kan anses omvänt proportionellt mot belastningen. Anmärkas bör att transformatorn kan belastas med mer än 200 VA utan att felgränserna för klass 0,5 överskrids. Främst med tan~~ på den anslutha utrustningen bör man inte belasta transformatorn för mycke;t, inte begära större överströmstal och framför allt inte sekundär märkström än absolut nödvändigt. I många fall är 1.A förkastligt. Den totala belastninger kan ofta delas upp på flera kärnor, var och en matande sin reläutrustning 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 gar o J. mattnj.ng. Spänningens kurvform blir som tig 5 men dt blir kortare och di d Il>h ogre,.' var f or '. kurvormen f bl 1r., spets1gare. Toppvärdet för : \r"iin 11 E1 = K.\J den inducerade spänningen är -.A Lj.N2 K = 0,25 för orienterad plåt på strömtransformator med stor~ kärnor och höga sekundära varvtal 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 därför undvikas. 2.7 Ändring av strömomsättnin~ (omkopplingsbara strömtransformatorer) Praxis är att utföra en strömtransformator så man har minst två omsättningar att välja mellan, p g a t ex en med åren ökande belastning. Ändringen av omsättning sker genom ändring av NI eller NZ, ellerbåda. 1'; I I s, Pa Fig 7 Primärlindningen utföres med 2 spolar, som kan serie- eller parallellkopplas. Omsättningsändringen sker i proportion 1:2, då primärlindningens två spolar måste utföras lika. Primära amperevarvtalet blir vid seriekoppling av båda spolar: Il.2.Nl och vid parallellkoppling: 211.Nl,

14 alltså lika, varför sekundära lindningen vid båda märkqmsättningarna får sanma amperevarvtal Qch därmed oförändrad belastningsförmåga. Strömtransformatorns korttidsström ändras emellertid också i prop 1:2. Sekundäromkoppling Omsättningsändringen sker vid ett eller flera extra uttag på sekundärlindningen varvid varierande antal sekundärvarv utnyttjas. SI 82 s. Fig 8 Sekundärbelastningen kan anslutas till vilka som helst uttag, varvid man genom finurligt val av uttag kan erhålla ett stort antalomsättningstal. Detta är generellt praxis i engelsktalande länder. Amerikanska normer (ANSI C57.l3) föreskriver i detalj hur uttagen skall väljas Exempel 400/5 600/5 900/5 1000/5 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 ex mättningsinduktion) varierar proportionellt med det sekundärvarvtal som är inkopplat och avtar således direkt med lägre omsättningar.

Ex: 15 Märkbördan anges normenligt endast för högsta omsättningen för reläklasser (omsättningsfel <.:!:. 10 %) och väljas då så högt. att bördan även skall räcka till vid den lägsta omsättningen man vill utnyttja. För mätklasserna (0,1-1,0) varierar märkbördan approx. kvadratiskt med sekundärlindningsvarvtalet. Mekaniskt sätt skiljer sig de två metoderna, Primäromkopplihgen sker på högspänningssidan med utvändigt placerade omkopplingsblock (skenor) som måste dimensioneras att klara strömbelastningen vid både primär märkström och korttidsström. Vid höga belastningsströmmar eller höga korttidsströmmar kan denna omkopplings anordning f~ ansenliga dimensioner. Sekundäromkopplingen sker med placering av extra sekundäruttag i strömtransformatorns sekundära uttagslåda (sitter således i den jordade delen av transformatorn) och skapar inte andra konstruktiva problem än utrymmesbehovet i denna. (Antal uttag kan uppgå till 20-24 uttag). Dessutom måste sekundärlindningens alla sektioner (mellan uttag) fördelas jämnt över kärnans hela omkrets för att undvika läckreaktans 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 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 omomkopplingsanordningar. Sekundäromkoppling: Fördel: Konstant korttidsström. Omsättningsval på lågspänningssidan (omkoppling kan ske under drift). Fritt val av omsättningsförhållande.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 summaströmkoppling med tre strömtransformatorer, vilkas sekundärlindningar är parallellkopplade och matar ett jordströmsrelä. så länge systemet inte har jordfelär summan av de tre fasströmmarna = O och reläspolen blir strömlös. Vid ett jordfel däremot fås er. mot jordströmmen svarande ström genom reläet. Jordströmmen är ofta liten i förhållande till belastningsströmmen, varför reläets funktion skall vara låg och detta i sin tur kräver strömtransformatorer med liten tomgångsström vid det aktuella arbetsområdet. 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 stor som möjligt. 1.0 Tomgångs impedans en uppges vanligtvis vid en spänning som motsvarar jordfelsreläets arbetsspänning, och beroende-p!i!: reläets effektförbrukning anges Zo vid spänningarna 0,1 x IZOl och 0,001 x izq2 (ca 0,1 och l volt). Vidare måste magnetiseringsegenskaperna vara snarlika för de tre strömtransformatorerna så att vid höga strömmar (kortslutning) olikheten i magnetiseringsströmmar ej föro-rsakar obefogad ut15sning f5r jordfel. Detta kra... anses uppfyllt, när skillnadsströmmen 'vid 10 ganger märkström icke är större än 0,1 A (för 5 A sek märkström). D_iffe!entialskydd Differentialskyddet är baserad på skillnaden mellan strömmarna på båda sidor om skyddsobjektet. Strömtransformatorerna på ömse sidor måste därför ha så lika magnetiseringskurvor att skillnaden i magnetiseringsströmmar vid genomgående fel (fel utanför reläets skyddsområde) icke åstadkonnner utlösning av diff-skyddet, och bör (för vissa skydd) icke mättas vid full kortslutningsströn Magnetiseringskurvorna för strömtransformatorerna är därför den tekniska uppgift som relä-tekniken är mest intresserad av. Strömtransformatorns mättnings spänning ~åste ligga över reläets funktionsspänning. (Se vidare under transienta förlopp). För lågspännings anläggningar (max 600 V) användes ofta strömtrane formatorer som har sin sekundärlindning koncentrerad till kärnans 2 sidor, för att minska inbyggnadsbrädden. Vid minimala fasavstånd kommer den olindade delen av kärnan i strömtransformatorr i en fas i farlig närhet av grann-fasens skena, och kan komma att influeras av störande fält från denna. För reläskydd bör därför, åtminstone vid högre strömmar, väljas strömtransformatorer med jämt fördelad lindning.

f- 2. os 17 2.9.!r~n~i~n.!:.a_f~r.!..E.p Vid kortslutning blir kortslutningsströnnnen ik = Ik [cos lp.e -t TI -cos (wt + '1')] ik = kortslutningsströmmens Ik = do amplitudvärde momentanvärde lp = är fasvinkeln då felet inträffade ci.sin CAJf - "",.?I Fig Il ItkefrlJms Irdns I enf ~l antas O för enkelhetens skull. Formelns första del representerar strömmens Likströmskomponent, och andra delen en ren sinusformig växelström. -t Eftersom första delen innehåller e Tl, en avklingande exponentialfunktion med tidskonstanten Tl, blir alltså förloppet transient, övergående, med kortare eller längre varaktighet, beroende på nätets karaktär, och med större eller mindre ~plitud, beroende vart på spänningskurvan felet inträffar..( ~ ovan). Räknar man med att skyddet skall fungera och lösa ut under detta transienta förlopp, är det all grund att kontrollera om detta kan ske. Felet måste inträffa mellan två extrema fall, qj = 90, (vid spänningens toppvärde) ik = Ik.eos wt, kortslutningsströmmen blir en ren sinusström fp = o (vid spänningens O-genomgång) ik = Ik.(e ~ - -t wt) Kortslutningsströmmen får full assymmetri med fullt utbildat likströmskomponent. Detta sista fall är det svåraste för transformatorn att återge, men är dessbättre en raritet (tillslag mot kortsluten skena t ex). Ett isolationsgenomslag eller överslag inträffar oftast i närheten av spänningstoppen.

18 Fall l Om strömtransformatorn skall återge hela korts lutnings förloppet utan att kärnan mättas, krävs för fall l ovan att överströms- 11, talet ALF = ~. In Fall 2 I detta fall konnner transformatorn att genomflytas aven växelström 2fh en likström, som i kärnan bygger upp et.t likströmsflöde och s.a.s "ridande" på detta ett växelströmsflöde. 18 40 ms2200 ms I N'. Il 12 40 ms 180 ms Fig 12 Likströmsflödet stiger och klingar av efter expone.ntialfunktioner Stigningen är huvudsakligen bestämd av nätets tidskonstant Tl och fallet av transformatorns tidskonstant T2.... d k L Tl natets t~ sonstant = Fl -t LO T2 strömtransformatorns' tidskonstant R Fig 13

19 LO = sekundärlindningens induktans R = sekundärkretsens resistans. (Bördans + sek-lindningens resistanser) Kvoten mellan likströmsflödets maximalvärde och växelströmsflöde är; transient-faktor kt.!i! v ( wtl c~s rp 2- sinrp 2) = L ~ V -~ som vid ren resistiv belastning (cosp 2 = 1,0) ger ~ Tl = wt1' som t ex vid = -= L R 100 ms = 31 ' 4 d v s likströmsflödet är 31,4 x växelströmsflödet För att strömtransformatorn skall kunna återge hela kortslutnings förloppet utan att mättas måste kärnarean ökas med faktor 31,4, eller transformatorn ha ett överströmstal som är 31,4.ALF under Fall l. Ännu värre blir kravet om snabbåterinkoppling kommer i fråga. Vid första brytning av felströmmen lämnas transformatorkärnan magnetiserad till r/j max. d~' brytningen kan fbrutsättas ske vid strömmens Q-genomgång då flödet har sitt max värde. Kärnan har ett 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 (förutsatt samma flödes riktning) är kärnan till en del "redan upptagen" av remanensflödet. För att klara även detta krav, måste kärnan ökas ytterligare med remanens faktorn Kr. Denna är enl K r = ~ax ~max -~r leg definierad

~ minne 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 under det transienta förloppet med full osymmetri, ökas utöver den area som erfordras fbr att återge en symmetrisk kortslutning, I faktorerna Kr och Kr, transientfaktorn och remanens faktorn. ~tgär~~ Börda - Bördan m!ste reduceras så långt som möjligt. Dessbättre minskar effektförbrukningen hos moderna skydd samtidigt so~ funktionstiden minskar. Ledningsresistans och lindningsresistans måste även reduceras. Härigenom minskar den erforderliga "bas-arean" för kärnan~ alltså den som erfordras för symmetriskt förlopp. ~~:~~ntfakto~~ Remanens faktorn K r Sambandet mellan vinkelfeloch tidskonstanten TZ är:.l R VJ.nkelfel o = % = wtz wlo Omsättningsfelet E = Lo.100 % 12 är bördans induktans Funktions - tiden Skyddets funktionstid kan reduceras till att ligga inom den första del av förloppet, innan kärnan går i mättning och förvränger sekundärströmmen. Skyddet måste förses av förloppet. med ett" som håller kvar första dele

21. l Mättad område t- ~I j Selc...s/röm Fig 15 Kravet på ideell återgivning av kort$lutningar med fullt utbildat likströmskomponent ger alltså störa "överdimensioneringsfaktorer". Varje krav som "tas till i överkant" med stora marginaler får konsekvenser när varje sådant tillägg multipliceras med Kr ochkr. För att hålla dimensionerna för kärna (och transformator) inom rimliga gränser måste: Bördan reduceras så långt som möjligt, och endast skydd som fordrar detta anslutas till lineariserad kärna. 2. Utnyttja korta utlösningstidert varigenom skyddet kan hinna fungera innan käri).an går i mättning. Ange realistiska värden på noggrannheten I praktiken innebär detta att en störmtransformator för transien ta förlopp måste "skräddar-sys" till skyddet, skydd och transformator 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 förorsakar mättning i strömtransformatorerna (eller en av dem) obefogad utlösning, om icke skyddet blockeras eller förses med sta-bilise pis tans skydd Mätkretsen vill under transienta förlopp ~ mättning få ett något för högt strömvärde och "tro" att felet ligger närmare än i verkligheten. Vid mättning blir strömkurvan förvrängd, och sekundärströmmens medelvärde reduceras, något som "inbillar" distansskyddet att felet ligger längre bort än i verkligheten. ~~rströ~s_~kydd vid transienta förlopp kommer ett snabbverkande relä att hinna slå till innan mättningen inträffar, men kan återgå när mättning i strömtransformatorn reducerar sekundärströmmen. '"?t 1. 3. 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 motsvarar köparens kravspecifikation. Köparens kravspecifikation bör vara baserad på gällande normer, och dessa normer beskriver i detalj hur prov skall genomföras för att visa att kraven uppfylls. Vi skiljer på typprovoch rutinprov. Typproven utföres på ett eller några exemplar aven standardprodukt och skall verifiera konstruk~ionen~ allmänna lämplighet. För strömtransformatorer är typproven: I_mpulsprov Stötspänningsprov Spänningsprov 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. Vanligtvis provas 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.

---cp 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 en transformator i tomgång. För en sådan gäller ~-!':!l EZ NZ (2) om man bortser från magnetiseringsträmmen spänningsfall (12 = O och Il = lo på fig 17). Vid belastning av transformatorn med reläer, instrument och ledningar blir spgnningstransformatorns visardiagram som visats på fig 16. Varvomsättningen antas vara 1:1 för att förenkla framställningen. Vid andra varvomsättningar omräknas de sekundära storlekarna med omsättningsförhållandet till samma skala som de primära. Be1astni.ngsströmmen och tomgångsströmmen förorsakar ett spänningsfall f!. U, och i stället för --u Ul = mar.. k omsattn~ngen..' Kn 2 får vi u, -ÄU kl '..' T/'" :::.~=.=. = ver ~g omsattn~ng '"'"Q Omsättningsfe1et hos en spänningstransformator definieras som (leg 186, SEN 27082) Kn -~.100 % = E Kn.!!l -UI -!J.U Uz Uz Ul U2"

Felgränser: 24 Omsättningsfelet (E) är alltså den procentuella skillnaden mellan märkomsättningens och den verkliga omsättningens storlek. Den räknas positiv när sekundärspänningen är större än vad märkomsättningen anger. Vinkelfelet (o) är skillnaden i fasläge (se fig 17) mätt i centiradianer, mellan den primära och sekundära spänningen. Den räknas positiv när sekundärspänningen ligger före primärspänningen 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 oberoende av belastningsströtmnen men beroende av spänningen U, efter flödestäthet och magnetiseringskurva, och en del som är beroende av belastningsströtmnen. 3.2 Normer--- Önskemålet är givetvis att göra transformatorn så noggrann som möjligt, men av ekonomiska och praktiska skäl måste man tolerera en viss storlek på felen. Dessa maximala fel är angivna i normerna allt efter I de ändamål för vilka transformatorn skall användas. Svenska normer SEN följer IEC 186. SEN 270821 trädde i kraft 15 sept 1972, och gick därmed, i likhet med vad som gäller för strömtransformatorer, bort från klassificering efter effektfelet, och anger gränserna för omsättnings- och vinkelfeloberoende av varandra. leg 186 och SEN 270821 har följande klasser KlaRS 0,1 0,2 0,5 l, O 3,0 Omsättningsfel.:!: % 0,1 0,2 0,5 1,0 3,0 Vinkelfel.:!:. min 5 10 20 40

1. 25 De angivna felgränserna får ej överstigas för spänningar mellan 80 % och 120 % av märkspänningen och för bördor mellan 25 % och 100 % av märkbördan vid cos ({;2 0,8. För transformatorer med två separata sekundärlindningar avsedda för kontinuerlig belastning, skall. anges märkbörda för vardera lindningen, och varje lindning måste uppfylla sin klassnogrannhet för sin märkbörda, medan den andra lindningen är belastad med vilken som helst börda mellan O och 100 % av sin märkbörda. Om endera lindningen endast är avsedd att belastas tillfälligt och kortvarigt (ex: jordfelslindning) behöver man ej ta hänsyn till dess inverkan. För spänningstransformatorer eller lindningar avsedda för skyddsändamål finns klasserna Klass 3 P 6 p Omsättningsfel.!% 3 6 Vinkelfel min 120 240 Dessa felgränser måste innehållas för spänningar mellan 5 % av märkspänning och Vf x märkspänning, och för bördor mellan 25 % och 100 % av märkbörda. Faktorer som påverkar spänningstransformatorns fel Som visats på sidan ~U e: = -.100 % Ul ~U = IOZl + IZZk Tomgångsspänningsfallet är spänningstransformatorns rozl omsättningsfel Här har vi "bofven" lo igen. Denna är beroende av flödes täthet efter magnetiseringskurvan. För spänningstransformatorkärnor användes dock endast orienterad eller varmvalsad plåt. 2 R ~ ; V2.f.A.B.N ' volt lo = f(b) Zl = Rl + jxl 10Zl = f(b)rl + jxlf.(b) För att hålla tomgångsspänningsfallet lågt bör alltså: (7) 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 få ett tillräckligt stort flöde och därmed ett icke för högt primär lindningsvarvtal, då reaktansen ökar kvadratiskt med varvtalet.

.l. 26 Belastnirtgsspänningsfallet 12Zk Zk = Rl + jxl + RZ + jxz För att behålla belastningsspänningsfallet lågt erfordras alltså låga värden på Ri, RZ, Xl och XZ, vilket i praktiken innebär att man använder så grov tråd som möjligt och försöker göra spolarna så kompakta som möjligt för arr reducera läckflödena. En konsekvens 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 utsträckning. Val av kärnmaterial Här är ~-metall uteslutet, då detta har en mycket för låg mätningsgräns, som skulle ge reaktanser 5 a 6 gånger högre än t ex för orienterad plåt, och ett pris, som är en 10 potens högre. 2. Bördan Under förutsättning av nära konstant spänning och frekvens är tomgångsspänningsfallet konstant och även Zk, varför belastningsspänningsfallet är direkt proportionellt med bördan, dvs belastningsströmmen. 3 och 4. Varvtal och kärnarea Valet av dessa bestämmes av kravet på låga impendanser. Som ovan nämnts har kärnarean och flödes tätheten den mest avgörande betydelsen för transformatorns inre reaktanser. Transformatorns reaktans är X = O, 8 Jt 2f.N2.~. H ( ~ +!:.l 3 + ~ 3.10-8 ohm ) 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 möjligt med hänsyn till noggrannheten och börda. Av utrymmesskäl måste vanligtvis H väljas låg för att få en kompakt transformator, isolationsmaterial med hög hållfasthet väljes för att reducera lindningstjocklek och isolationsavstånd. Spännings trans formatorn är en shuntapparat, varför nätets kortslutningseffekt 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 trans formatorns magnetiseringskurva, Zl kan betraktas som konstant. Belastningsspänningsfallet 12Zk är proportionellt med U2 då I =~ 2 Z och Zl och Zk är konstanta. Omsättningsfelet E: = Uw.100 % varierar som visats på tig 17 när spännings transformatorn är belastad med en konstant impedans. Varvkorrektion - Denna är lätt att åstadkomma på en spänningstransformator, då de höga\lindningsvarvtalen ger möjlighet till justering i mycket små steg. Exakt korrektion kan erhållas endast för ett enda värde på 12. Då en spänningstransformator enligt SEN 270821 skall hålla sin noggrannhetsklass mellan bördan 25 % och märkbördan läggs ko~rektionen så att omsättningsfelet är mindre än + Emax vid 25% och mindre än -Emax vid märkbörda. Se fig 18. Fig 18 visar ett exempel, där hög noggrannhet har uppnåtts för en hög börda med hjälp av varvkorrektion. Fig 18. Spännings transformatorns omsättningsfel vid konstant spänning som funktion av sekundärbelastningen. utan varvkorrektion med varvkorrektion V %

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 utföras med mycket låg reaktans, bli.r kortslutningsströnnnen stor. Normerna föreskriver därför att transformatorn endast behöver klara full kortslutningsström under l sek. En spänningstransformator måste därför alltid skyddas med säkringar eller momentanutlösare på sekundärsidan, och skyddet bör placeras så nära spänningstransformatorn som möjligt. Kortslutningsströmmen på primärsidan blir endast ca 1-2 A för en 10 kv transformator och högspännings säkringar som bryter snabbt vid en så låg ström tillverkas ej.. Man kan alltså icke skydda spännings trans formatorn med högspänningssäkringart men man använder sådana för att. hindra fel i en spänningstransformator skal kunna störa driften på samlingsskenan. Kortslutningsström i spänningstransformator vid kortslutning direkt på sekundärklämmorna (för typ EMF... på mätlindning) vid märkspänning. typ EMFC 24 EMFC 36 EMFC 52 EMFC 72 EMFC 84 EMFC 145 EHFB 12 EHFB 24 EHAA 12 Ik A 200 268 258 345 247 770 160 200 190 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 belastningsström från primärlindningen, och det totala spänningsfallet i denna förorsakas av summan (geometrisk addition) av sekundärbelast-ningarna. på spänningstransformator kan man alltså icke få skilda sekundärkretsar, som är oberoende av varandra, till skillnad från strömtransformatorn där varje sekundärkrets matas av var sin kärna. Det vanligaste utförandet är att förse spänningstransformatorer för Y-koppling i trefasnät med en extra sekundär lindning för jordfelsskydd eller indikering. Denna lindning är vid ostörd drift obelastad och påverkar icke noggrannheten för den normala sekundärlindningen. Spänningstransformatorer för mätning i ett trefasnät kopplas vanligtvis enligt fig 19.

29 Transformatorerna utföres numera praktiskt taget uteslutande som enfastransformatorer. (Trefas spänningstransformatorer är i praktiken oekonomiska). Koppling enligt kallad V-koppling sker med två enfastransformatorer utförda för anslutning till huvudspänning. De måste förses med två fullisolerade högspänningf anslutningar och med fullt isolationsavstånd både mellan faser och till jord. Detta är en vanlig koppling för upp till 24 kv systemspänning. Koppling enligt fig 19 b, Y-koppling, ger samtliga huvud- och fas spänningar. Transformatorerna utföres för anslutning mellan fas och jord, och därför med graderad isolation. De har bara en fullisolerad primäranslutning. Primärlindningens andra ände anslutes till jord antingen direkt med en invändig förbindelse till transformatorlådan, eller (för högre spänningar) med en lågspännings genomföring och yttre jordförbindelse. Detta gör att denna typ är den mest ekonomiska vid spänningar från 33 kv och upp till 154 kv. För högre spänningar blir kondensator-spänningstransformatorn gynnsammast. Kondensatorspännings trans formatorn kommer till användning vid märkspänningar> 66 kv när högfrekvens överföring på kraftlinjerna kommer i fråga. För trefas-grupp så samlingsskena anv~ndes alltid 3 st enpoliga spänningstransformatorer, då man önskc'lr jordfelsindikering. Jordfelslindningen väljes vanligtvis för ~ V vid icke direktjprdade nät, och för 110 V vid direkt jordade nät, då man i båda fallen 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 ~änningen över spännings transformatorerna i de friska faserna 13 gånger högre än märkspänningen. Då man vanligtvis låter driften fortsätta även med jordfel, föreskriver normerna att enspoliga spännings trans formatorer skall klara 110 % huvudspänning under 8 timmar utan skadlig uppvärmning.. Flödestätheten måste därför väljas så att kärnan mättas vid lägst 1,1 /3 x märkspänning -1,9 x U,. n Fig 19. Inkoppling av spännings transformator. a) 2-poliga transformatorer b) l-poliga transformatorer

Tabell: 30 3.7 ~a.!. ~v_o~s!t!n.!.n~ Spänningstransformatorns omsättning bör väljas så att omsättningskvoten m blir ett runt tal. SEN 270821 har standardomsättningarna 3300/110 V 6600/110 V 11000/110 V 22000/110 V 33000/110 V ffi = 30 ffi = 60 ffi = 100 ffi = 200 ffi = 300 osv En hel del förbistring har förorsakats av olikheten mellan begreppen systemspänning och driftspänning, och att tyska normer har ett standardvärde p,~ sekundärspänningen av 100 V, men med samma omsättningsförhållande som svenska normerna. Man har därför valt onödiga omsättningar som 10000/110, 30000/110 etc. Som visats i fig 20 varierar felen mycket litet med spänningen, varför man utan olägenhet kan välja närmaste standardvärde på omsättningen. En modern spänningstransformator ger rätt värde inom 20-120 % av märkspänningen (även om normerna anger 90-110 %). 3.8!e.ED1i.s~ ~r!n~ Spänningstransformatorn märkbörda bestäms av tillåtet spänningsfall vid angiven noggrannhetsklass. Den termiska gränsbördan är den kontinuerliga sekundärbelastning transformatorn tål utan att temperaturstegringen i någon del av denna överstiger de värden som normerna anger Standardomsättningar för spänningstransformatorer: 440/110 ~/llq. 550/110 /j 13 3300/110 55000/110 6600/110 ~ - 11000/110 y 3 13 22000/110 66000/110 33000/110 ~ n Z.1QQ.Q/llQ (3 13 132000/~ 1"3 13 220000/110 n-~ 385000/l19- n (3

Vinkelfel() 31 EMFC 145 Omsättningsfel E l) Börda l VA " 2) 200 VA eos lp 2 0,8 3) II 300 VA 11- Vinkelfel15 "/. EMFC 52 l) Börda 10 VA coslp 2 0,8 2) 'f 200 VA "- c. rad-hlin. "

] 32 Observera att en enpolig spänningstransformator även måste klar~ 8 timmars drift med huvudspänning, varvid belastningen räknat i VA blir 3 gånger högre än vid märkspänning = fasspänning. Den absoluta termiska gränsen för en enpolig transformator är alltså 3 gånger märkgränsbördan. IU, lif,.,.~~~/'~,..., Ostörd 110 ~T ~!!j ~6~/~ o Fig 21 drift 3.9 2.v.!n~n~n~s!e.!!.o~e.!!. ~2:S~V ~ Fullt jordfel, "ej direkt j ordat nät Fullt jordfel, direkt j ordat nät Vid ojordade när bildar nätets jordkapacitans, som ligger parallellt med de enpoliga spännings transformatorernas reaktans till jord, en svängningskrets. Det kan därför vid vissa drifttillfälien inträffa, att denna svängningskrets egenfrekvens koidiner i resonans med vissa över- eller undertoner i nätet. Vid resonans med en underton kan transformatorkärnan mättas, varvid magnetiseringsströmmen ökar till det. mångdubbla och transformatorn överhettas och förstörs. Vid resonans med en överton kan spänningsamplituden öka till så höga värden att genomslag i isolationen uppstår. Detta fenomen har dock endast teoretiskt intresse, då så låga värden på reaktans och kapacitans i praktiken icke uppnås. Sådana över- och undertoner dämpas lätt ~t med ett lämpligt motstånd anslutet till jordfelslindningen (Se ASEAs broschyr 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 grund av t ex planerad spänningsomläggning kan det ofta vara önskvärt att installera spänningstransformatorer, som är omkopplingsbara mella~ två spänningar. Att utföra detta på primärsidan som för en strömtransformator är icke ekonomiskt. Sekundär omkoppling är därför den i praktiken förekommande metoden.

33 Då spänningstransformatorns primärlindning förblir oförändrad, sjunker flödet proportionellt med spänningen, och sekundärlindningens 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 avsevärt större sekundärlindning måste få plats och denna måste därför lindas med klenare tråd än normalt, med högre R och X som följd Vid den högre spänningen får därför en omkopplingsbar transformator 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 för inkoppling mellan fas och jord, och tvåpoliga för anslutning till huvudspänning. Efter isolation får man indelningen Torrisolerade Oljeisolerade Torrisolerade transformatorer är utförda med isolation huvudsakligen av porslin eller plats. Rena plastisolerade transformatorer kan ej med nuvarande plastmeterial användas utomhus. Det är av stor vikt att isolationen är homogen och blåsfri, då det annars uppstår glimningar i isolationsskikten. ASEAs långtids' prov har visat att långvarig glimning bryter ned isolationsmaterialet. Risk för genomslag och haveri föreligger därför om\glimningen förekommer mellan lindnings lager eller vid lindningskant. För plastisolerade transformatorer är sålunda radiostörningsprov ett nödvändigt rutinprov för glimfriheten. Detta gäller allmänt för pl~stisolerade mättransformatorer, men svårigheterna är speciella för spänningstransformatorer med sina stora antal lindningsvarv med klen tråd. Oljeisolerade transformatorer utföres numera allmänt som oljeminimumtyper: isolationen består av oljeimpregnerat papper och lite 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: Stötspänningsprov Växelspänningsprov l min i regn för utomhus typer Temperaturstegringsprov vid märklast och gränslast Kortslutningsprov Rutinprov 1 mm växelspänningsprov, primärt. eller sekundärt. Prov för noggrannhet av omsättnings- och vinkelfel med bördor enl norm Kontroll Kontroll av uttagsmärkning av spänningsfaktor För oljeisolerade typer kontroll av täthet

~ -,- Jämförelse mellan: Bilaga l SEN 270811-1910 IEa 185-1966 Gäller f'ör värden mellan 100 % och 50 % av märkbördan, cos ~2 = 0,8 och cos ~l = 1,0-0,7 ind. Ef'f'ekt f' el et p = ~ Gäller för värden mellan 25 % och 100 % av märkbördan, min. l VA, cos ~2 = 0,8 för bördor> 5 VA cos ~2 = 1,0"" < 5 VA Vinkelf'el S c.rad.. +2.4..1.-- ~ I Vinkelf'el [,min. 1/'2.... ",~ f1, +60-; ~4o-t +O,b o o -0.6- -20-4 -1.1. -4(~ -60 -f,t -0.6 o +0:(1 oms.:fel E, % Kontrolldiagram :för kl. 0,6 l c.rad = 34,4 min. Diagrazmnen är återgivna i samma skala. -fs --ro-q s,---:::r o.-q's...1.0 + oms.fel e % Kontrolldiagram för kl. 0,5 -:..- 1.5'

Bilaga Konstruktivt förfarande: För att transformatorn skall uppfylla klasskraven, måste lojs ändpunkt ligga inom de markerade reaktanglarna som markerar gränserna för omsättnings- och vinkelfel. Ri är sekundärlindningens resistans, dess läckreaktans förutsättes vara försumbart (vanligt praktikfall Bördans resistans II reaktans (Bördans effektfaktor är normenligt 0,8 vid provning) E är sekundärkretsens totala spänning lik transformatorns inducerade spänning lp kärnans flöde ligger 900 fasförskjutning mot E I~ magnetiserings s trömmens wattlösa komponent, i fas med 1.6, i % av ström I f magnetiseringsströmmens förlustkomponent (järnförlusten) 900 mot ~, i % av ström Räkneexempel Omsättning 800/5 A. 50 Hz Nl = l NZ = 800:5 = 160 varv Börda 50 VA. Klass 0,5 Kärna: Ringkärna med Aj = 20 cm2. Lj = 50 cm 150-, Sek lindningens Trådlängd: resistans: R = (2.50 + 2.40) 160 = 28,8 ro + 10 % Väljes tråd 2 ~ ~ A = 3,142 31 ro R = 0,018.31 = O 18 hm X = O 3,14 ' 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 ohm II impedans = 2,15 ohm Ei märkström = 2,15.5 = 10,75 volt E 231: _ "12"- i = 20 -B -160-50 -la 4 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) Hll = 0,0067 Hf = 0,0038 1].1 = 0,0027..50 160 If = ~.1.~~ 00038.50 = 0,0021 A = Q,OOl18