Transformator

1 UVOD

Kratak spoj podrazumeva međusobno direktno povezivanje tačaka različitih faza sa ili bez njihovog povezivanja sa zemljom (neutralnim provodnikom), odnosno tačkom referentnog potencijala R. Proračun kratkih spojeva predstavlja jednu od najznačajnijih i najšire korišćenih energetskih funkcija u upravljanju distributivnim mrežama. Ona se koristi samostalno, ili kao moduo u okviru drugih energetskih funkcija.
Standarni algoritmi koji se koriste za proračun kratkih spojeva u prenosnim mrežama zasnivaju se na primeni matrice admitansi. U ovim algoritmima se matrica admitansi faktoriše i na osnovu nje izračunavaju se sve potrebne vrednosti za proračun kratkog spoja. Pri primeni ovakvih algoritama u distributivnoj mreži nailazi se na dva problema. Prvi se odnosi na numeričku nestabilnost matrice admitansi pri faktorizaciji. Specifičnost distributivne mreže je u tome što u njoj postoje vrlo kratke (1 m) i veoma dugačke (par desetina kilometara) deonice. Odnos vrednosti dijagonalnih elemenata matrice koji odgovaraju čvorovima gde je vezana kratka, odnosno, dugačka deonica može biti i preko 10000, što pri postupku faktorizacije može dovesti do gubitka malih vrednosti, sto na kraju proračuna daje netačne rezultate. Drugi problem je velika dimenzija matrice s obzirom na realne dimenzije distributivnih mreža, čime se bez obzira na primenu tehnike retkih matrica dobija model koji je nepodesan za obradu, jer svi proračuni dugo traju i vreme obrade ima kvadratnu zavisnost u odnosu na broj čvorova mreže. Navedeni problemi su uslovili razvoj specijalizovanih algoritama za proračune kratkih spojeva u distributivnim mrežama. Osnovna karakteristika ovih algoritama je da su namenski razvijeni za radijalne mreže i da se njihova efikasnost zasniva pre svega na radijalnoj strukturi distributivnih mreža.
Nezavisno od tipa algoritma koji se primenjuje za proračun kratkih spojeva u distributivnim mrežama, vrši se uobičajena dekompozicija režima sa kratkim spojem na režim distributivne mreže pre kratkog spoja i režim fiktivnog (Δ) kola, koji je u opštem slučaju trofazan nesimetričan sa nesimetrijom istog karaktera kao što je i nesimetrija režima distributivne mreže sa kratkim spojem. Fiktivno kolo je pasivno, osim na mestu kratkog spoja. Raspolažući sa režimom distributivne mreže pre kratkog spoja, kao i sa proračunom trofaznog fiktivnog kola , njihovim superponiranjem dobija se režim distributivne mreže sa kratkim spojem.
Postoje četiri (pet) osnovnih vrsta kratkih spojeva: jednofazni kratak spoj, dvofazni kratak spoj bez zemlje, dvofazni kratak spoj sa zemljom, trofazni kratak spoj bez zemlje (trofazni kratak spoj sa zemljom). Navedeni kratki spojevi će biti detaljno objašnjeni u ovom radu.
U drugoj glavi obrađeni su elementi elektroenergetskih sistema (transformatori i vodovi). Detaljno su izvedene formule za računanje impedansi vodova u zavisnosti od prisustva i broja neutralnih provodnika. U trećoj glavi obrađeni su kratki spojevi: formulisanje problema kratkih spojeva, dekompozicija kola sa kratkim spojem na kolo pre ktratkog spoja i fiktivno (Δ) kolo, obrada različitih vrsta kratkih spojeva, izvođenje izraza za računanje struja na mestu kratkog spoja. U četvrtoj glavi urađena je verifikacija numeričkih proračuna.
2 ELEMENTI EES

Elementi elektroenergetskih sistema su generatori, transformatori, vodovi i potrošači. U ovoj glavi opisani su transformatori i vodovi – kablovi i vodovi golih provodnika.
2.1 TROFAZNI TRANSFORMATORI

Energetski transformatori primarno služe za podizanje napona na odgovarajući nivo čime se smanjuje struja potrebna da bi se prenela ista snaga kroz prenosnu mrežu. Cilj je da se smanje gubici aktivne snage u prenosu smanjenjem struje. Postoje i druge primjene kao što su: regulacija napona i reaktivnih snaga, regulacija aktivnih snaga (pomjerači faze) itd. U ovom dijelu je opisana konstrukcija (uticaj konstrukcije transformatora na pogonske parametre), ekvivalentne šeme i matematički model transformatora.
Transformatori su statički uređaji koji rade na principu elektromagnetne indukcije s ciljem da transformišu napon i struju između dva ili više namotaja pri istoj frekvenciji. Pri tome potrebno je da se preneta snaga između namotaja što manje degradira. U cilju smanjenja degradacije snage energetskih transformatora razvile su se nove konstrukcije jezgara, namotaja, kućišta kao i sistema za hlađenje.
Transformator u pogledu konstrukcije sastoji se od: magnetnog kola, namotaja, izolacije, kućišta, dodatne opreme (izolatori, konzervatori, sistem za hlađenje itd.).
Jezgra transformatora obično se prave od hladnovaljanih magnetno orijentisanih limova. Cilj ovakve konstrukcije je smanjenje reluktanse – magnetne otpornosti i gubitaka. Prolaskom magnetnog fluksa kroz jezgro indukuju se vrtložne (Fukove) struje koje stvaraju gubitke u transformatoru. Ti gubici su srazmjerni kvadratu napona dovedenog na namotaj. Pored gubitaka usled vrtložnih struja postoje i gubici koji su posledica histerezisa. Ti gubici su posledica uložene energije da se promjeni gustina polja u jezgru (broj promjena u sekundi jednak je frekvenciji napona namotaja). Postoje i gubici usled rasutog fluksa jezgra koji se smanjuju efikasnim konstrukcijama transformatora.
Namotaji se prave od izolovanih bakarnih ili aluminijumskih provodnika koji formiraju navojke. Namotaji treba da zadovolje određene mehaničke i termičke karakteristike. Postoje razni načini motanja namotaja u konstrukcijama energetskih transformatora, s ciljem da se smanje gubici. U namotajima se javljaju gubici koji su posledica proticanja struje i gubici usled rasutog fluksa. Posmatrajući ukupne gubitke u transformatoru, može se zaključiti da su gubici u jezgru približno konstantni, dok gubici u namotajima zavise od opterećenja.