1

Igor Žiger1

Končar Mjerni Transformatori d.o.o

Robert Maruša ELES d.o.o.

igor.ziger@koncar-mjt.hr robert.marusa@eles.si

Rado Ferlič ELES d.o.o.

Darko Malek ELES d.o.o.

rado.ferlic@eles.si darko.malek@eles.si

Viktor Lovrenčić

C&G Zastopanje, svetovanje in inženiring d.o.o.

Rok Judnič ELES d.o.o.

viktor.lovrencic@c-g.si rok.judnic@eles.si

ISKUSTVO PRIMJENE NAPONSKIH TRANSFORMATORA VELIKE SNAGE

SAŽETAK

Primarna namjena naponskih transformatora velike snage je osiguravanje vlastite potrošnje

trafostanica. Iako se na različitim svjetskim tržištima ovaj tip transformatora koristi već neko vrijeme,

njihova primjena na europskom tlu je relativno slabo zastupljena. Međutim, promjenom vlasničke

strukture elektroenergetskog sustava i sve većom penetracijom novih rješenja, interes za

implementacijom ovakvih transformatora sve više raste.

Cilj ovog rada je predstaviti iskustvo primjene ovakvih transformatora na primjeru

implementacije u postrojenja slovenskog operatera prijenosnog sustava, ELES-a. U radu su navedeni

osnovni zahtjevi za dizajn, implementaciju, zaštitu i nadzor transformatora. Navedene stavke su izrazito

bitne jer još uvijek ne postoji jedinstvena norma za naponske transformatore velike snage na svjetskoj

razini, niti univerzalne preporuke za njihovu ugradnju. Glavni doprinos rada je da na primjeru detaljno

razrađenog projekta, prvog u ovom dijelu svijeta, izloži smjernice za adekvatnu implementaciju

naponskih transformatora velike snage za napajanje vlastite potrošnje trafostanica.

Ključne riječi: Naponski transformatori velike snage, Vlastita potrošnja trafostanica, Otvorena

jezgra, Prijenos električne energije

EXPERIENCES WITH THE APPLICATION OF POWER VOLTAGE

TRANSFORMERS

ABSTRACT

The primary purpose of Power Voltage Transformers is auxiliary supply of substations. Even

though this application has been present in different markets worldwide for some time, it is still a novelty

in European markets. However, with a changing ownership structure of power systems and an increasing

penetration of new solutions, the interest for this type of transformers is becoming increasingly apparent.

The purpose of this paper is to present experiences with implementation of Power Voltage

Transformers in substations of Slovenian transmission system operator, ELES. The paper outlines the

main design requirements, as well as recommendations for implementation, protection and monitoring.

The listed points are important, as there is still no dedicated standard for Power Voltage Transformers,

nor universal recommendations for their implementation. The main contribution of this paper are

1 Stavovi izneseni u referatu su osobna mišljenja autora, nisu obvezujući za poduzeće/instituciju u kojoj je autor zaposlen te se ne moraju nužno podudarati sa službenim stavovima poduzeća/institucije.

14. savjetovanje HRO CIGRÉ

Šibenik, 10. − 13. studenoga 2019.

HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNOG VIJEĆA ZA VELIKE ELEKTROENERGETSKE SUSTAVE – CIGRÉ

A3-05

2

guidelines for adequate implementation of Power Voltage Transformers for auxiliary supply of

substations, which are based on a very comprehensive project, marking a pioneering effort in this part of

the world.

Key words: Power voltage transformers, Auxiliary supply, Open core concept, Transmission of

electrical energy

1. UVOD

Naponski transformatori velike snage jednofazne su jedinice namijenjene direktnom prijenosu

određene količine snage (uobičajeno 10 - 333 kVA) s visokog napona (raspon od 72,5 do 550 kV) na

niski napon (< 1 kV).

Konceptualno gledano, naponski transformatori velike snage svrhom su sličniji energetskim,

odnosno distributivnim transformatorima, nego mjernim transformatorima. To znači da je njihova

primarna namjena prijenos snage uz transformaciju napona. S druge strane, zbog visokog prijenosnog

omjera, zahtjeva za izolaciju i funkcije u postrojenju, tehnička rješenja ovih transformatora naslijeđena su

od induktivnih naponskih mjernih transformatora [1].

Postoji više mogućih primjena ovog tipa transformatora, kao što je i navedeno u radovima [2] -

[4], ali primarna im je namjena osiguravanje napajanja vlastite potrošnje visokonaponskih postrojenja.

Osiguravanje stabilnog i sigurnog napajanja vlastite potrošnje postrojenja od velike je važnosti za

normalan rad svih uređaja i sustava koji se nalaze u postrojenju i uvelike pridonosi raspoloživosti čitavog

sustava. Postoji više konvencionalnih načina kako osigurati napajanje vlastite potrošnje: pomoću tercijara

energetskog transformatora, napajanjem iz distributivne mreže ili pomoću dizel agregata. Svaki od tih

pristupa ima određene nedostatke zbog koji ne predstavljaju idealno rješenje. Primjerice, napajanje sa

tercijara energetskog transformatora je rizično u pogledu kratkog spoja na niskonaponskoj strani. Tada se

ugrožava funkcija kapitalne opreme u trafostanici i potencijalno normalne tokove snage unutar

elektroenergetskog sustava. Napajanje iz distributivne mreže također predstavlja izvjestan rizik, jer je

raspoloživost napajanja ovisna o kvarovima u distributivnoj mreži, a sama infrastruktura nije u

nadležnosti operatera prijenosnog sustava, što također predstavlja otegotnu okolnost.

S druge strane, osiguravanje vlastite potrošnje trafostanica pomoću naponskih transformatora

velike snage anulira nedostatke postojećih tehnologija: smanjuje rizik ispada kapitalne opreme te

osigurava izravno autonomno napajanje s visokog napona.

Glavni cilj ovog rada je predstaviti dosadašnje iskustvo primjene ovakvih transformatora što

uključuje zahtjeve na dizajn i ispitivanja samih transformatora, odabran vid implementacije, zaštite i

praćenja transformatora u pogonu. Ideja je da ovaj rad posluži kao zbir smjernica i preporuka za

implementaciju naponskih transformatora velike snage za napajanje vlastite potrošnje u srodnim

elektroenergetskim sustavima.

2. PROJEKT IMPLEMENTACIJE VPT-a U ELEKTROENERGETSKI SUSTAV

SLOVENIJE

Razlozi navedeni u uvodnom poglavlju glavni su motivi slovenskog operatera prijenosnog

sustava (ELES) da razradi i implementira napajanje vlastite potrošnje pomoću naponskih transformatora

velike snage.

Prve ideje i koncepti implementacije razvijeni su prije pet godina, a koncept rješenja predstavljen

je stručnoj javnosti 2015. godine i vrlo je dobro prihvaćen [5]. Na osnovu predstavljenog konceptualnog

rješenja, pod okriljem Fakulteta za elektrotehniku, računalništvo in informatiko (FERI) iz Maribora,

napravljena je detaljna studija primjenjivosti takvog rješenja. Cilj studije bio je definirati tipsko rješenje

napajanja vlastite potrošnje pomoću naponskih transformatora velike snage za srednje i male objekte na

110 kV [6]. Prema [5] maksimalne potrebe sustava vlastite potrošnje procijenjene su na 50 – 200 kVA, a

kao tipsko rješenje odabran je trofazni sustav napajanja s transformatorima nazivne snage 25 kVA po

fazi. Crtež natpisne pločice odabranog transformatora prikazan je na Sl. 1.

Sama priprema projekta rezultat je uske suradnje ELES-a i Končar-Mjernih transformatora s

ciljem da sami transformatori odgovaraju specifičnim zahtjevima za pogon, ali i da sustavi zaštite,

3

nadzora i sama implementacija u postrojenje odgovaraju transformatoru i iskorištavaju njegove

konceptualne i konstrukcijske prednosti [7], [8].

Kako bi se razvijeno rješenje provjerilo u stvarnom radu, odabrana su dva pilot-objekta za

inicijalnu ugradnju: TS Karbid i TS Selce 110/20/10 kV u kojem transformatori osiguravaju napajanje

vlastite potrošnje postrojenja s devet 110 kV polja [9]. TS Karbid je puštena u pogon krajem 2017.

godine, a TS Selce 2018. godine.

Sl. 1.: Crtež natpisne pločice transformatora VPT-123 25 kVA za ELES

3. ZAHTJEVI NA DIZAJN I ISPITIVANJE TRANSFORMATORA

Generalno gledajući, minimalni zahtjevi za dizajn transformatora definirani su skupom međunarodnih normi specifičnih za taj tip proizvoda. Prva svjetska norma za naponske transformatore velike snage, IEEE C57.13.8, u trenutku pisanja ovog rada je i dalje u radnoj fazi [10]. Pozitivna činjenica je da je između IEC-a i IEEE-a dogovorena zajednička norma pa će isti dokument pokrivati sve zahtjeve za ovaj tip transformatora jednom kada bude objavljen.

S obzirom na konstrukciju transformatora i karakteristične proizvodne procese, naponske transformatore velike snage korektno je većim dijelom definirati prema porodici normi za mjerne transformatore IEC 61869 (dijelovi 1 i 3) [11], [12]. Međutim, navedene norme nisu dovoljne za potpunu definiciju ovog tipa transformatora pa je stoga nužno uključiti i određene dijelove norme IEC 60076

(prvenstveno 1 i 5) [13], [14]. Naravno, definicije i klauzule spomenutih normi ne moraju nužno biti u potpunosti primjenjive na naponske transformatore velike snage, tako da se određene specifičnosti i dodatni zahtjevi moraju definirati specifikacijom korisnika. Zbog toga, vrlo je bitno detaljno razraditi samu specifikaciju, kako bi se eliminirali mogući nesporazumi ili krive interpretacije traženih karakteristika. To je ujedno bio i jedan od glavnih ciljeva studije [6].

U nastavku ovog poglavlja naglasak je stavljen na pojedine parametre koji su specifični za naponske transformatore velike snage i nisu adekvatno pokriveni klauzulama postojećih normi za

energetske ili mjerne transformatore.

3.1. Napon kratkog spoja

Napon kratkog spoja (uk [%]) definira se kao postotak nazivnog napona pri kojem kratkospojenim sekundarnim namotom teče nazivna struja [7]. Značaj tog parametra je dvojak. Naime, kao što je prikazano jednadžbom 1, iznos napona kratkog spoja obrnuto je proporcionalan struji kratkog spoja, te je

time ujedno i definira. IKS je simetrična struja kratkog spoja, a I2n nazivna struja niskonaponskog namota.

(1)

S druge strane, iznos napona kratkog spoja također određuje padove napona na horizontalnoj

grani nadomjesne sheme transformatora, odnosno to znači da što je iznos uk [%] veći, to će biti i veća

razlika napona u ovisnosti o teretu na niskonaponskoj strani. Navedena razmatranja prikazana su na Sl. 2.

Kod odabira vrijednosti uk [%], valja uzeti u obzir nekoliko stvari.

4

Prvo, „prirodni“ napon kratkog spoja naponskih transformatora velike snage veći je nego kod

distributivnih transformatora ekvivalentne nazivne snage, što je posljedica prijenosnog omjera, odnosno

stupnja izolacije ovih transformatora. Stoga zahtjev za nisku vrijednost uk [%] može dovesti do povećanja

gabarita transformatora.

Drugo, kao što je očito iz Sl. 2, odabir uk [%] podrazumijeva optimum između željenog

minimalnog pada napona na sekundarnom namotu i minimalne struje kratkog spoja. Studija [6] za

razmatrane transformatore preporuča vrijednost uk [%] između 8 i 9 %, što je sukladno i preporuci

proizvođača. Preporučena tolerancija iznosa napona kratkog spoja je ±10% [13].

(a) (b)

Sl. 2.: (a) Ovisnost sekundarnog napona o teretu za različite vrijednosti uk [%]

(b) Ovisnost simetrične struje kratkog spoja o uk [%]

3.2. Točnost i regulacija

Prije svega, bitno je naglasiti kako je pojam klase točnosti (a posebice mjerne klase točnosti)

praktično neprimjenjiv na naponske transformatore velike snage, budući da je iznos sekundarnog tereta

velik, a njegov profil ovisan o priključenim potrošačima koji tipično ne moraju biti normirani. Više o

navedenoj problematici može se pronaći u radu [15].

Norma IEC 60076-1 definira toleranciju prijenosnog omjera energetskog transformatora u

granicama ±0,5%. Isti kriterij može se primijeniti i na naponske transformatore velike snage, ali njegova

primjenjivost ovisi o načinu na koji je korisnik definirao prijenosni omjer. Nastavno na razmatranja iz

prošlog poglavlja, krivulja ovisnosti napona o teretu može se dodatno modificirati ovisno o željama

korisnika i prilikama u mreži.

Alternativno, moguće je implementirati regulacijske otcjepe koji se u beznaponskom stanju mogu

prilagoditi predviđenom profilu opterećenja. Pritom je bitno naglasiti da je takav tip regulacije unutar

samog naponskog transformatora donekle ograničen. Naime, regulacijske otcjepe moguće je napraviti na

visokonaponskoj ili na niskonaponskoj strani. Regulacija na visokonaponskoj strani je poželjna zbog

točnosti i minimalnog utjecaja na uk [%], odnosno na naprezanja tijekom kratkog spoja. Međutim, takav

vid regulacije ograničen je postotkom napona, koji ovisi o nazivnom primarnom naponu. Konkretno, za

123 kV, maksimalni opseg primarne regulacije je ±3,5%.

Zbog problematike regulacije napona, neke elektroprivrede osiguravaju trofazni spoj pomoću

niskonaponskog distributivnog transformatora koji omogućuje mnogo veći opseg i broj stupnjeva

regulacije napona. Kao što će biti pokazano kasnije u radu, ovakvo rješenje nije implementirano u

razmatranim projektima.

Kao završno razmatranje, može se naglasiti da je bitno poznavati krivulje ovisnosti sekundarnog

napona o teretima i to je informacija koju je preporučljivo tražiti od proizvođača. Primjer kompletnih

krivulja za jedan od razmatranih transformatora može se vidjeti na Sl. 3.

Pritom je bitno napomenuti da padovi napona prikazani krivuljama ovise o faktoru snage (cosφ)

priključenog tereta. Sl. 3 prikazuje krivulje ovisnosti napona o teretu za očekivani minimalni i

maksimalni cosφ. Stvarna ovisnost napona o teretu bit će između dvije prikazane granične vrijednosti,

kao što će biti pokazano kasnije u radu.

210

212

214

216

218

220

222

224

226

228

230

0 5 10 15 20 25

Seku

nd

arn

i n

ap

on[V]

Priključeni teret [kVA]

5 % 6 % 7 % 8 % 9 % 10 %

0

0,5

1

1,5

2

2,5

5 6 7 8 9 10

I KS[kA]

uk [%]

5

(a) (b)

Sl. 3.: Ovisnost sekundarnog napona o teretu (a) pri cosφ = 0,8 (b) pri cosφ = 1,0

3.3. Dozvoljeno preopterećenje transformatora

Kao i kod energetskih, odnosno distributivnih transformatora, bitno je poznavati krivulju preopterećenja naponskih transformatora velike snage. Iako je vlastita potrošnja manje varijabilna od stvarne potrošnje u energetskom sustavu, mogu se javiti vršna opterećenja. Primjerice, ako je sustav recirkulacije ulja energetskih transformatora spojen na vlastitu potrošnju, tijekom radova ili priključnih operacija. Stoga je bitno poznavati dijagram opterećenja transformatora koji spada u odgovornosti proizvođača transformatora. Taj dijagram temelji se na rezultatima pokusa zagrijavanja transformatora ili proračunske aproksimacije na osnovu rezultata transformatora sličnih parametara. Primjer dijagrama za razmatrane naponske transformatore velike snage može se vidjeti na Sl. 4. Na osnovu dijagrama opterećenja transformatora moguće je planirati, odnosno provjeriti mogućnost kratkotrajnog preopterećenja transformatora u slučaju potrebe.

Sl. 4.: Dijagram preopterećenja transformatora VPT-123 25 kVA za ELES

3.4. Oprema transformatora

O samoj zaštiti i načinu implementacije transformatora u postrojenje bit će više riječi u poglavlju 4. Ovo poglavlje usredotočiti će se na dodatne elemente koji se mogu uključiti unutar samog transformatora bez drastičnog utjecaja na cijenu, a koji korisniku pružaju informacije i stupanj zaštite preporučljiv za ovakav tip transformatora. Temeljem preporuka iznesenih u radovima [2], [5], [6] i [16] i dosadašnjih iskustava autora definiran je opseg dodatne opreme prikazan na Sl. 5.

Niskonaponski osigurač (1) predstavlja nužnu zaštitu od sekundarnog kratkog spoja. Kod transformatora manje nazivne snage (primjerice do 50 kVA), dimenzije osigurača i postolja su dovoljno malene da ih je jednostavno implementirati u sekundarnu kutiju samog transformatora. Korišteni model osigurača može se mehanički spojiti na pomoćne kontakte (2) koji daju signal da je osigurač proradio.

U svijetu naponskih transformatora velike snage uvriježena je praksa da se sva oprema i izvodi koji nisu direktno vezani uz energetski namot najčešće smještaju u zasebnu, pomoćnu sekundarnu kutiju.

205

210

215

220

225

230

235

240

0 5 10 15 20 25

Seku

nd

arn

i n

ap

on[V]

Priključeni teret [kVA]

3,50% Nulta korekcija -3,50%

205

210

215

220

225

230

235

240

0 5 10 15 20 25

Seku

nd

arn

i n

ap

on[V]

Priključeni teret [kVA]

3,50% Nulta korekcija -3,50%

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

I /

In [p.u.]

t [h]

Okolina 30° C Okolina 40° C

6

U ovom slučaju u pomoćnoj kutiji nalaze se: indikator nadtlaka (3), izvodi temperaturne Pt 100 sonde (4),

izvodi regulacijskih odcjepa (opisani u prošlom poglavlju) (5) i izvod za mjerenje tgδ (6).

Indikator nadtlaka sustavu zaštite šalje naponski signal ako tlak unutar transformatora premaši

određenu vrijednost. Porast tlaka unutar transformatora indikacija je kvara unutar aktivnog dijela, a zbog

prednosti koncepta otvorene jezgre, taj porast obuhvaća 90-95 % mogućih kvarova unutar samog

transformatora [1], [2], [16]. Mnoge elektroprivrede ugrađuju indikator u sve konvencionalne mjerne

transformatore, a preporučljivo ih je koristiti i na naponskim transformatorima velike snage.

Dodatak Pt 100 sonde zahtjev je koji je proizašao iz dugogodišnjeg iskustva ELES-a s

energetskim i distributivnim transformatorima. Implementacijom Pt 100 sonde moguće je kontinuirano

pratiti grijanje transformatora tijekom pogona i tako dobiti informacije o njegovom opterećenju. Ideja je

da Pt 100 sonda bude smještena na mjesto pretpostavljenog vršnog zagrijavanja transformatora (eng. hot-

spot). Mjesta vršnog zagrijavanja gornji su krajevi visokonaponskih, odnosno niskonaponskih namota. S

obzirom na to da zbog koncepta izolacije nije moguće postaviti Pt 100 sondu u primarni namot i

garantirati točno mjerenje, dogovoreno je da Pt 100 sonda bude implementirana unutar krajnjeg zavoja

sekundarnog namota.

Rezultati pokusa zagrijavanja pokazuju ≈ 5% veći porast temperature mjeren pomoću Pt 100

sonde u odnosu na srednji porast temperature namota, što je očekivan rezultat i dobra indikacija

adekvatnog smještaja sonde.

OPREMA GLAVNE SEKUNDARNE KUTIJE OPREMA POMOĆNE SEKUNDARNE KUTIJE

1. NN osigurač

2. Pomoćni kontakti osigurača

3. Indikator nadtlaka

4. Izvodi Pt 100 sonde

5. Izvodi regulacijskih odcjepa

6. Izvod za mjerenje tgδ

Sl. 5.: Dodatna oprema transformatora VPT-123 25 kVA za ELES

3.5. Opseg ispitivanja

S obzirom na nepostojanje decidirane norme za naponske transformatore velike snage, vrlo je bitno odrediti adekvatan skup rutinskih, tipskih i specijalnih ispitivanja, kojima se provjeravaju sve bitne karakteristike transformatora. Tablica 1 prikazuje preporučeni opseg svih potrebnih ispitivanja za naponske transformatore velike snage. Pritom su u obzir uzete sve specifičnosti konstrukcije transformatora, kao i preporuke kupca i proizvođača [1], [6], [16].

Zasebna analiza svakog ispitivanja nadilazila bi okvire ovog rada, tako da će samo pojedina ispitivanja biti dodatno naglašena.

Većina specifikacija za naponske transformatore velike snage traži rutinsko ispitivanje udarnim prenaponom koje je u svojoj skraćenoj varijanti (3 udarca po IEC-u, 5 po IEEE) dobar i minimalno destruktivan način utvrđivanja kvalitete izolacijskog sustava, koji ima smisla implementirati za sve naponske transformatore velike snage, a posebice ako se ugrađuju u udaljene ili slabo štićene objekte.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7

Isto tako, kromatografska analiza je odličan pokazatelj stanja izolacije transformatora. Ukoliko nisu rađena udarna ispitivanja ili pokus zagrijavanja transformatora, dovoljno je imati uzorak jednog transformatora iz skupa, kao referentnu vrijednost za usporedbu s ispitivanjima napravljenim tijekom rada transformatora.

Također, bitno je naglasiti da je pokus zagrijavanja transformatora nužno provoditi uz priključen nazivni teret i nazivni napon. Zbog prijenosnog omjera i konstrukcijskih parametara, zagrijavanje u kratkom spoju ekvivalentnim gubicima, kakvo se često koristi kod energetskih transformatora, tipično ne daje relevantne rezultate [10].

Zadnje ispitivanje koje valja zasebno spomenuti je ispitivanje na kratki spoj. Za razliku od mjernih transformatora, a sukladno praksi kod energetskih transformatora, ovo ispitivanje treba se smatrati specijalnim ispitivanjem, koje se radi na zahtjev kupca, a može se garantirati i proračunom. Sekvenca ispitivanja se nužno razlikuje i od sekvence definirane za energetske, ali i mjerne, transformatore. Razlog tome je što kod naponskih transformatora velike snage treba verificirati i termičku i mehaničku otpornost na kratki spoj. Preporuke autora sukladne su aktualnoj radnoj verziji nadolazeće

norme IEEE C57.13.8 i detaljnije su opisane u radu [17].

Tablica 1.: Popis preporučenih ispitivanja za naponske transformatore velike snage

TIP ISPITIVANJA OPIS ISPITIVANJA NORMA

RUTINSKA

ISPITIVANJA

Provjera oznaka i polariteta IEC 61869-1

Ispitivanje visokonaponskog namota naponom industrijske

frekvencije IEC 61869-3

Ispitivanje niskonaponskih namota naponom industrijske

frekvencije IEC 61869-3

Mjerenje parcijalnih izbijanja IEC 61869-1

Mjerenje kapaciteta i tgδ IEC 61869-1

Verifikacija nepropusnosti transformatora IEC 61869-1

Mjerenje otpora namota IEC 60076-1

Mjerenje prijenosnog omjera IEC 60076-1

Mjerenje struje magnetiziranja i gubitaka praznog hoda IEC 60076-1

Mjerenje napona i gubitaka kratkog spoja IEC 60076-1

Mjerenje otpora izolacije IEC 60076-1

Rutinsko ispitivanje udarnim prenaponom IEC 61869-1 /

Dodatan zahtjev

Kromatografska analiza ulja i mjerenje probojne čvrstoće ulja IEC 61869-1 /

Dodatan zahtjev

Provjera funkcionalnosti dodatne opreme Dodatan zahtjev

TIPSKA

ISPTIVANJA

Tipsko ispitivanje udarnim prenaponom IEC 61869-1

Tipsko ispitivanje u uvjetima umjetne kiše IEC 61869-1

Ispitivanje zagrijavanja transformatora IEC 61869-3

Ispitivanje elektromagnetske kompatibilnosti transformatora IEC 61869-1

Mjerenje krivulje magnetiziranja IEC 60076-1

SPECIJALNA

ISPITIVANJA

Mehaničko ispitivanje IEC 61869-1

Provjera stupnja zaštite IP i IK IEC 61869-1

Ispitivanje na kratki spoj IEC 60076-5

8

4. IMPLEMENTACIJA TRANSFORMATORA U POSTROJENJE

Ugradnja naponskih transformatora velike snage vrlo je fleksibilna i primjenjiva na različite

konfiguracije postrojenja zbog karakteristika i robusnosti transformatora. S obzirom na to da naponski

transformatori imaju veliku impedanciju visokonaponske strane, njihovo priključenje nema utjecaja na

rad distantnih ili diferencijalnih zaštita u ostalim poljima [9]. Isto tako, zbog male primarne struje (< 0,5

A, ovisno o opterećenju) i robusnog izolacijskog sustava, transformatori se mogu uklopiti pomoću

rastavljača, tako da se zaštitni i prekidni uređaji mogu smjestiti na sekundarnu stranu [1], [8], [9].

U studiji [6] napravljena je tehničko-ekonomska analiza mogućnosti ugradnje transformatora, a

optimalno rješenje, koje se kasnije i koristilo u TS Karbid i TS Selce, prikazano je na Sl. 6., dok su

stvarno ugrađeni transformatori prikazani na Sl. 7.

Ukoliko ugradnja rastavljača nije moguća zbog prostora ili budžeta, moguća je izvedba i bez

rastavljača, ali se u tom slučaju kod održavanja ili sklopnih operacija moraju isključiti cijele sabirnice.

Transformatori su spojeni u spoj Yy0, a uzemljenje je izvedeno što je moguće bliže zajedničkoj točki

zvjezdišta, te preko nultog voda spojeno na mrežu uzemljenja trafostanice [9].

Na niskonaponskoj strani postavljena je redundantna zaštita od kratkog spoja u vidu NN

osigurača koji je ranije prikazan na Sl. 5 i trofaznog NN prekidača [5].

Sl. 6.: Predloženo rješenje ugradnje naponskih transformatora velike snage za napajanje vlastite potrošnje

srednjih i malih postrojenja (preuzeto iz [6])

Sl. 7.: Transformatori ugrađeni u TS Karbid (lijevo) i TS Selce (desno)

9

Naponske i termičke prilike ugrađenih transformatora kontinuirano su praćene u dosadašnjem radu s ciljem nadzora transformatora i prikupljanja pogonskih iskustva. Za potrebe analize rada transformatora napona izmjereni su padovi napona pri različitim strujnim opterećenjima te su napravljena i mjerenja temperaturnih uvjeta u transformatoru pomoću ugrađenih Pt 100 sondi. Rezultati mjerenja prikazani su u tablicama 2 i 3.

Tablica 2.: Pregled mjerenih vrijednosti sekundarnih napona u ovisnosti o struji sekundarnog namota

(preuzeto iz [9])

VPT L1 I (A) VPT L1 U (V) VPT L2 I (A) VPT L2 U (V) VPT L3 I (A) VPT L3 U (V)

0 239,1 0 239,0 0 239,2

10 238,0 10 238,1 10 238,2

25 235,6 25 235,2 25 235,4

40 234,3 40 234,6 40 234,5

45 234,2 45 234,4 45 234,1

60 232,1 60 232,2 60 232,2

80 229,6 80 230,0 80 229,8

100 226,2 100 226,1 100 226,8

Tablica 3.: Temperatura unutar transformatora u ovisnosti o struji sekundarnog namota i temperaturi

okoline (preuzeto iz [9])

Iz prikazanih rezultata vidljivo je kako ovisnost napona o sekundarnoj struji, odnosno teretu, prati

krivulje proizvođača, prikazane na Sl. 3. Ponašanje transformatora u tom pogledu je očekivano i logično.

Iz očitanja Pt 100 sonde, prikazanih u tablici 3, vidljivo je da je najtoplija točka transformatora

prosječno 20 K toplija od temperature okoline. Tijekom rada transformatori su bili opterećeni s približno

30% nazivnog tereta. Ovi rezultati također su očekivani i sukladni rezultatima ispitivanja zagrijavanja

transformatora, iako je bitno napomenuti kako se vršne temperature mogu očekivati u ljetnim mjesecima

kada je opterećenje najveće, a temperatura okoline najviša. Također, dobiveni rezultati jasno

Datum

(L1) VPT (L2) VPT (L3) VPT

Temperatura

okoline

Temperatura oC

∆T (K)

Struja

I (A)

Temperatura oC

∆T (K)

Struja

I (A)

Temperatura oC

∆T (K)

Struja

I (A)

30.11.18 - 4 oC 21 oC - ∆T = 25 K 27 24 oC - ∆T = 28 K 14 20 oC - ∆T = 24 K 35

30.11.18 - 1 oC 21 oC - ∆T = 22 K 27 23 oC - ∆T = 24 K 13 20 oC - ∆T = 21 K 22

04.12.18 6 oC 29 oC - ∆T = 23 K 18 31 oC - ∆T = 25 K 23 28 oC - ∆T = 22 K 32

05.12.18 4 oC 27 oC - ∆T = 23 K 19 29 oC - ∆T = 25 K 13 26 oC - ∆T = 22 K 15

13.12.18 - 1 oC 21 oC - ∆T = 20 K 26 25 oC - ∆T = 26 K 12 20 oC - ∆T = 21 K 33

14.12.18 - 1 oC 20 oC - ∆T = 21 K 27 23 oC - ∆T = 24 K 19 19 oC - ∆T = 20 K 18

17.12.18 - 1 oC 22 oC - ∆T = 21 K 22 25 oC - ∆T = 26 K 14 20 oC - ∆T = 21 K 38

28.12.18 3 oC 22 oC - ∆T = 19 K 26 25 oC - ∆T = 22 K 12 21 oC - ∆T = 18 K 20

04.01.19 - 3 oC 17 oC - ∆T = 20 K 28 21 oC - ∆T = 24 K 18 16 oC - ∆T = 19 K 33

14.01.19 10 oC 25 oC - ∆T = 15 K 22 28 oC - ∆T = 18 K 17 24 oC - ∆T = 14 K 22

15.01.19 1 oC 23 oC - ∆T = 22 K 26 26 oC - ∆T = 25 K 20 22 oC - ∆T = 21 K 30

21.01.19 -1 oC 22 oC - ∆T = 23 K 23 25 oC - ∆T = 24 K 19 21 oC - ∆T = 22 K 24

22.01.19 -2 oC 23 oC - ∆T = 25 K 29 26 oC - ∆T = 28 K 19 22 oC - ∆T = 24 K 32

29.01.19 3 oC 25 oC - ∆T = 22 K 30 27 oC - ∆T = 24 K 28 23 oC - ∆T = 20 K 31

04.02.19 6 oC 27 oC - ∆T = 21 K 14 28 oC - ∆T = 22 K 10 25 oC - ∆T = 19 K 15

06.02.19 3 oC 22 oC - ∆T = 19 K 24 25 oC - ∆T = 22 K 18 21 oC - ∆T = 18 K 16

14.02.19 9 oC 25 oC - ∆T = 16 K 21 27 oC - ∆T = 18 K 10 24 oC - ∆T = 15 K 18

18.02.19 13 oC 27 oC - ∆T = 14 K 22 30 oC - ∆T = 16 K 19 26 oC - ∆T = 13 K 15

26.02.19 8 oC 25 oC - ∆T = 17 K 20 27 oC - ∆T = 19 K 21 24 oC - ∆T = 13 K 19

01.03.19 7 oC 28 oC - ∆T = 21 K 27 30 oC - ∆T = 23 K 15 27 oC - ∆T = 20 K 21

04.03.19 14 oC 30 oC - ∆T = 16 K 15 32 oC - ∆T = 18 K 8 29 oC - ∆T = 15 K 12

08.03.19 11 oC 31 oC - ∆T = 20 K 22 33 oC - ∆T = 22 K 15 31 oC - ∆T = 20 K 30

13.03.19 11 oC 26 oC - ∆T = 15 K 21 28 oC - ∆T = 17 K 24 25 oC - ∆T = 14 K 21

15.03.19 13 oC 29 oC - ∆T = 16 K 18 30 oC - ∆T = 17 K 11 28 oC - ∆T = 15 K 9

19.03.19 8 oC 26 oC - ∆T = 18 K 21 28 oC - ∆T = 20 K 20 28 oC - ∆T = 20 K 18

25.03.19 7 oC 27 oC - ∆T = 20 K 22 29 oC - ∆T = 22 K 19 27 oC - ∆T = 12 K 20

28.03.19 10 oC 28 oC - ∆T = 18 K 18 30 oC - ∆T = 20 K 24 27 oC - ∆T = 17 K 15

02.04.19 11 oC 30 oC - ∆T = 19 K 13 32 oC - ∆T = 21 K 18 30 oC - ∆T = 19 K 17

09.04.19 13 oC 32 oC - ∆T = 19 K 22 33 oC - ∆T = 20 K 10 31 oC - ∆T = 18 K 23

10

demonstriraju primjenjivost Pt 100 sonde kao učinkovitog alata za praćenje termičkog ponašanja

transformatora u pogonu.

ZAKLJUČAK

Slovenski operater prijenosnog sustava (ELES) prva je elektroprivreda koja je na ovom području

uspješno implementirala naponske transformatore velike snage s ciljem napajanja vlastite potrošnje

trafostanica. Projekt implementacije opisan je u ovom radu s ciljem formiranja smjernica za dizajn,

ugradnju, zaštitu i nadzor transformatora. Dosadašnji rezultati, prikupljeni kroz detaljna tvornička

ispitivanja i stvarna mjerenja na transformatorima u probnom pogonu, jasno demonstriraju adekvatnost

koncepta i prednosti njihove primjene. Cilj rada je da njegov sadržaj i zaključci posluže kao referentni

obrazac ugradnje naponskih transformatora velike snage u elektroenergetska postrojenja srodnih

karakteristika i topologije.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

LITERATURA

D. Krajtner, I. Žiger, Z. Ubrekić, B. Bojanić: Energetski naponski transformator i njegova primjena, 11. savjetovanje HRO Cigre, Cavtat, studeni 2013.

I. Žiger, B. Bojanić, D. Krajtner: Power Voltage Transformers – Expanding Beyond Station Service, IEEE PES General Meeting, Denver, CO, srpanj 2015.

O. R. Calvo, R. G. Ibarra, A. Solano, E. Acosta: Rural Electrification in Chihuahua, Mexico at OneThird of the Cost of a Conventional Substation, World Energy Congress, Montreal, rujan

2010.

D. Xu, N. S. Powers, W. Sae-Kok: Development of a Power Source for Rural Electrification,

IEEE2015 Global Humanitarian Technology Conference, Seattle, WA, listopad 2015.

R. Maruša, R. Ferlič, D. Malek: Energetski Merilni Visokonapetostni Transformatorji, 12. Konferenca Slovenskih Elektroenergetikov, Portorož, svibanj 2015.

FERI, Študija FERI št. 2015/0340, Vgradnja napetostnih merilnih transformatorjev z navitjem za napajanje lastne rabe v objektih 110 kV, Maribor, lipanj 2016.

I. Žiger, D. Krajtner, Z. Ubrekić, M. Brkić: Design of the Open-core Power Voltage Transformer, International Colloquium Transformer Research and Asset Management, Dubrovnik, svibanj 2012.

I. Žiger, D. Krajtner, B. Bojanić: Naponski transformatori velike snage. Novo rješenje za elektroenergetske sustave u regiji, CGKO Cigre, Igalo, svibanj 2015.

R. Maruša, R. Ferlič, D. Malek, D. Bokal, R. Judnič, J. Robič, I. Žiger, V. Štefanac, V. Lovrenčić, Predstavitev izkušenj obratovanja vpt transformatorjev in možnost vgradnje v različne konfiguracije zbiralk v RTP, 14. Konferenca Slovenskih Elektroenergetikov, Laško, svibanj

2019.

IEEE C57.13.8, IEEE Standard Requirements for Station Service Voltage Transformers, IEEE Engineering Society, Neobjavljen

IEC 61869-1:2009, Instrument Transformers - Part 1: General Requirements, 2009.

IEC 61869-3, Instrument Transformers - Part 3: Additional Requirements for Voltage Transformers, 2011.

IEC 60076-1, Power Transformers - Part 1: General, 2011.

IEC 60076-5, Power Transformers - Part 5: Ability to withstand short circuit, 2006.

I. Žiger, D. Papić, M. Čukman, D. Filipović-Grčić: Accuracy Performance of Power Voltage Transformers, MEDPOWER 2018., Cavtat, studeni 2018.

D. Krajtner, I. Žiger, B. Bojanić, Z. Ubrekić: Pogonska verifikacija sigurnosti od rasprsnuća visokonaponskih mjernih transformatora, 12. savjetovanje HRO Cigre, Šibenik, studeni 2015..

I. Žiger, D. Krajtner, I. Šimec: Ispitivanje na kratki spoj naponskih transformatora velike snage, 12. savjetovanje HRO Cigre, Šibenik, studeni 2015.