Produksjon, overføring og fordeling av elkraft : studieretning for elektrofag [PDF]

Zitiervorschau

Harald Aasen

Produksjon, overføring og fordeling av elkraft Studieretning for elektrofag - VK1

CUFORLAGET

© 1995, Elforlaget, Norges Elektroentreprenørforbund 1. utgave, 1. opplag Godkjent av Nasjonalt læremiddelsenter august 1995

Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverkloven og foto­ grafiloven eller i strid med avtaler om kopiering inngått med KOPINOR, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan føre til erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel.

Illustrasjoner: Erik Sogn Originalarbeid: Grafisk Verksted a.s, 1940 Bjørkelangen Omslag: Reidar Gjørven

Trykkeri: Optimal a.s, Oslo, 1995 ISBN 82 -7345 -243 -3

Denne læreboka dekker fagplanen i studieretningsfaget Produksjon, over­ føring ogfordeling av elektrisk energi, VK1 etter Reform 94. Det er tatt hensyn til læreplanens generelle del, med vekt på samfunnsutvikling, sam­ arbeid, helse-, miljø- og sikkerhetsmessige forhold. I denne forbindelse vil forskriftsboka for elektriske anlegg/forsyningsanlegg 1995 og dnfrsfor skriftene også være nyttige hjelpemidler.

Ved utarbeidelsen av boka har jeg lagt stor vekt på å gjøre stoffet så lett fattelig som mulig, med mange figurer og illustrasjoner og en enkel språk­ bruk. Vestskogen, juli 1995

Harald Aasen

Innhold

1

Elektriske kraftverk................................................................... 7 Innledning..................................................................... 7 Energiforsyningen i Norge.......................................... 9 Internasjonale forhold................................................ 11 Vannkraft .................................................................... 13 Planleggingen ............................................................. 14 Dammer ...................................................................... 14 Platedam ........................................................ 14 Fyllingsdam................................................... 15 Tunneler...................................................................... 17 Turbiner ...................................................................... 18 Peltonturbin ................................................... 18 Francisturbin.................................................. 19 Kaplanturbin.................................................. 21 Rørturbiner .................................................... 21 Regulering ..................................................... 22 Pumpekraftverk.......................................................... 23 Vannkraftgeneratoren ................................................ 24 Rotor...............................................................24 Stator...............................................................26 Regulering av generatoren............................27 Generatoren ved belastning ..........................27 Tapene i generatoren..................................... 28 Kraftverkstransformatorer ........................................ 29 Varmeenergiverk ....................................................... 30 Oljefyrt varmeenergiverk ............................. 31 Gassenergiverk ..............................................31 Kjerneenergiverk.......................................... 32 Bølgeenergiverk......................................................... 34 Vindenergiverk .......................................................... 34 Solenergi ..................................................................... 35

2

Elektrisk kraftoverføring........................................................ 36 Systemspenninger...................................................... 37 Høyspenningslinjer.................................................... 38 Trasé ........................................................................... 39 Mastetyper .................................................................. 39 Bæremaster.................................................... 40 Forankringsmast ........................................... 40 Endemast ....................................................... 40 Tremaster....................................................... 40

Stålmaster....................................................... 41 Betongmaster................................................ 41 Sikkerhetsgrad ........................................................... 42 Travers ........................................................................ 42 Isolatorer..................................................................... 43 Ståisolator...................................................... 43 Strekkisolator (hengeisolator)...................... 43 Forsterket oppheng..................................................... 44 Bardun......................................................................... 45 Jording ........................................................................ 46 Toppline ...................................................................... 46 Høyspenningskabler................................................... 47 Oljekabler ...................................................... 47 Endeavslutning og skjøting....................................... 48 Sentralnettet ............................................................... 49 Fordeler ved sentralnett................................. 51 Ulemper med samkjøring (sentralnett) ........51 Arbeid på høyspenningsanlegg ................................. 51 Sikkerhetsutstyr ............................................ 54 Sikringer og vern........................................... 54 Overstrømsreleer .......................................... 54 Overspenningsreleer..................................... 55 Effektbrytere.................................................. 57 Gjeninnkobling ............................................. 59 Kraftlinjenes innvirkning på nærmiljøet .................. 59 Elektrisk felt................................................... 59 Magnetiske felt ............................................. 60 3

Lavspenningsnett..................................................................... 63 Fordelingssystemer .................................................. 63 IT-systemet .................................................... 64 TT-systemet................................................. 67 TN-systemet.................................................. 68 Luftlinjer ................................................................... 70 Ledere ........................................................................72 Koblingsklemmer...................................................... 73 Kobberklemmer........................................... 73 Aluminiumsklemmer................................... 73 Overgangsklemmer ...................................... 74 Isolerte klemmer .......................................... 74 Lavspenningsisolatorer ............................................ 74 Linjestrekking.............................................. 75 Sikkerhetsrutiner....................................................... 77 Arbeid under spenning (AUS)..................... 77 Kabelanlegg .............................................................. 78 Kabeltyper................................................................. 79 CENELECs merkesystem........................... 81 Kabelledere ............................................................... 82 Kontaktpressing ........................................................ 83 Kontaktpressing på kobberledere............... 84 Merking av kabelsko....................................85 Kontaktpressing på aluminiumsledere....... 87 Kabellegging................................................ 87 Sikringer.................................................................... 90

4

Transformatorer........................................................................ 93 Kjernen ......................................................... 93 Viklingene ....................................................95 Kjølingen ...................................................... 96

Enfasetransformatoren (tofase).................................. 98 Transformatoren på tomgang...................... 100 Transformatoren ved belastning .................101 Transformatoren ved kortslutning.............102 Tap i transformatoren.................................. 104 Trefasebelastning ..................................................... 105 Trefasetransformatoren ............................................ 108 Koblingsgruppe............................................ 109 Transformatorens merkeskilt ...................... 115 Valg av transformator............................................... 117 Parallellkobling av transformatorer......................... 117 Transformatorens merkeskilt ...................................117 Måletransformator.................................................... 118 Spenningstransformator ........................................... 118 Strømtransformator .................................................. 119 5

Kjøp og salg av energi ...........................................................122 Energiforsyningen i Norge .......................................122 Energiloven............................................................... 123 Strømtariffer og leveringsbetingelser...................... 124 Overføringstariffer.......................................124 Informasjonsplikt......................................... 124 Tariffstruktur................................................ 125 Effektmåling................................................ 126 Kjøp og salg .............................................................. 126 Døgnmarkedet.............................................. 126 Ukemarkedet................................................ 127 Reguleringsmarkedet.................................. 129 Målere og måling ..................................................... 129 Tofasemåling ............................................... 130 Trefasemåling .............................................. 131 Reaktiv måling (kVAr) .......................... 131 Induksjonsmåleren (ferrarimåleren) .......... 132 Trefasemåler .................................................133 Tariffer ...................................................................... 135 Overforbrukstariff........................................ 135 Blandet tariff (H3-tariff) ............................. 135 Dagens tariffer ............................................. 136 Reaktiv effekt............................................... 136 Tilfeldig kraft ............................................................ 137 Maksimalmåling .......................................... 137 Anleggsbidrag.............................................. 138

6

Nødstrøm og reservestrømforsyning ................................... 140 Forskriftenes krav..................................................... 141 Klassifisering............................................................. 141 Strømkilder ............................................................... 142 Strømkretser.............................................................. 143 Batterier..................................................................... 143 Innfasing av synkrongeneratoren ............................ 144 Innfasingen .................................................. 146

Stikkordregister................................................................................... 152

Innledning Elektrisiteten har for lengst blitt en del av vår hverdag. Prøv å forestille deg en dag uten strøm. Stå opp pm morgenen ril et stummende mørkt og kaldt hus: Ingen radio som formidler nyhetene, ikke noe varmt vann og dusje i, mørklagte gater og et liv uten stereo og disko.

Solen er opphavet til alle våre energikilder, både de som fornyer seg selv, og de som ikke fornyer seg selv. Fornybare energikilder er slike som vann, bølger, vind og sollys. Ikke-fornybare energikilder er energikilder som blir brukt opp en gang for alle. I Norge dekker vi nesten halvparten av energiforbruket vårt med vann­ kraft. I resten av verden utgjør vannkraft bare 6 % av det totale energifor­ bruket.

Figur 1.1 Tabell over energiforbruket i Norge. 1995 og 2000 er prognoser

7

Elektrisk energi fremstilles ved omforming av andre energiformer. Disse energiformene kan være vannkraft, varmeenergi, vindenergi, bølgeenergi, solenergi eller andre energiformer.

I vannkraftverk benytter vi tyngdekraften og fører vannet gjennom rør ned til turbiner som igjen driver generatorer rundt. I disse generatorene blir det indusert vekselspenning. I varmeenergiverkene benytter vi vanndamp som produseres ved forbren­ ning av kull, olje, gass o.l. Vanndampen føres frem til turbinene, som igjen driver generatorene rundt. I Norge kommer 99,5 % av all elektrisiteten fra vannkraftstasjoner. De utnytter enten de store fallhøydene med relativt liten vannføring eller de store vannmassene med mindre fallhøyde. Vi har også elvekraftverk. Kraftstasjonene sprenges vanligvis inn i fjellet. Det gjøres av forsvarsmes­ sige, miljømessige og delvis økonomiske grunner. På de store kraftstasjonene er det generatorer, turbiner, transformatorer, koblingsanlegg og kontrollutstyr. De små kraftstasjonene blir ofte fjern­ styrt fra nærliggende større kraftstasjoner.

I mange andre land brukes olje, gass og kull som energikilde til å produse­ re elektrisitet i varmeenergiverk. I enkelte land er elektrisk kraft fra kjerneenergiverk den viktigste energikilden. Her bruker de uran som råstoff. Sverige er et eksempel på et slikt land.

Ved bruk av vannkraft kan det hvert år produseres den energimengden som tilsiget av vann og eventuell magasinreserve tilsier. Det norske vannkraftsystemet har god tilgang på energi. Dette gir mulighet for nye effektinstallasjoner til vesentlig lavere kostnader enn i de termiske (varme) sys­ temene. I bladet "Energi" nr. 2 1995 sier Knut Gakkestad i Norges vass­ drags- og konsesjonsavdeling: Interessen for ny kraftutbygging har tatt seg kraftig opp. Det er mer aktivitet og °PPf0^in7 avprosjekter enn det har vart de siste årene. Vi merker dette både i form av at det arbeides med nye forhåndsmeldinger og søknader, klargjøring av tidligereforhåndsmeldte prosjekterfor konsesjonssøk­ nad, ogfarre søknader om fristforlengelse. Listen overforhåndsmeldinger og konsesjonssøknader i NVE og Narings- og energidepartementet omfatter 90 saker som samlet utgjør 5 TWh ny kraft. Hele 75 av sakene er på søknadsstadiet, og 23 av disse til sluttbehandling i de­ partementet. Administrerende direktør Oddleiv Sæte i Opplandkraft sier i samme blad at Glitra/Øyberget i Øvre Otta vurderes som et av de mest akseptable og aktuelle prosjekter å bygge ut. Han sier videre at dette antakelig er det eneste utbyggbare, større nybyggingsprosjekt med så lav pris at det kan re­ aliseres uten større bekymring for at prisutviklingen på kraftmarkedet skal gjøre det ulønnsomt. Mens de fleste gjenværende prosjekter for ny vann­ kraft må ha en salgspris på mellom 20 og 30 øre per kilowattime levert sentralnettet for å være lønnsomme, har Glitra/Øyberget en lønnsomhetsgrense på 17-18 øre per kilowattime. Det siktes mot å levere konsesjons­ søknad i løpet av 1995. Prosjektet vil gi 1,1 TWh per år til en verdi av 1,9 milliarder kroner.

8

Vannkraft krever magasiner. Det er med på å gjøre vannkraftsystemet i Norge fleksibelt med gode muligheter for rask omstilling av produksjons­ mengden. Vi har derfor spesielle forutsetninger for å dekke eventuelle svingninger i forbruket, noe som gjør at vannkraft egner seg godt til toppleveranser. De varmekraftbaserte systemene i nabolandene våre er derimot kostbare å regulere ved svingninger i forbruket. I tillegg gir slik regulering økt foru­ rensning. Varmekrafteffekten blir derfor høyt utnyttet om dagen, mens det er mye ledig kapasitet om natten når forbruket er lavt. Et samarbeid her innebærer at Norge eksporterer (leverer) kraft om da­ gen, mens vi om natten kan kjøpe (importere) kraft.

Energiforsyningen i Norge Det er Norges vassdrags- og energiverk (NVE) som er ansvarlig for at lan­ dets vann- og energiressurser blir ivaretatt etter de lover og forskrifter som myndighetene har vedtatt. De skal sikre at energibehovet dekkes med minst mulig ulempe for natur og miljø.

Norge har totalt 845 vannkraftverk.

En vanlig enebolig med elektrisk oppvarming bruker ca. 25 000 KWh energi per år. Totalforbruket av elektrisitet i Norge fordelt på hver nord­ mann var i 1993 ca. 24 000 kWh. Til sammenligning forbrukte hver dan­ ske i samme periode ca. 6 400 kWh. Vi bruker med andre ord fire ganger så mye elektrisitet per innbygger som danskene. Derfor er det mange som hevder at vi sløser med elektrisitet i Norge. Denne slutningen er nok litt forhastet, da vi i Norge bruker elektrisitet til mange formål hvor andre bruker olje, kull, gass eller ved. I tillegg skal vi huske på at vi i Norge har tilgang på rimelig og miljøvennlig vannkraft. Dette er nok grunnen til at vi har satset på en del såkalt kraftkrevende in­ dustri. Dette er industribedrifter som bruker relativt mye elektrisk kraft i sin produksjon. Vi har aluminiumsfabrikkene i Mosjøen, i Årdal og på Sunndalsøra, smelteverkene i Finnjord, Odda og Glomfjord, jernverket i Mo i Rana og ferrosilisiumfabrikken i Ålvik.

Til tross for at vi i Norge bruker fire ganger så mye elektrisitet per innbyg­ ger som i Danmark, bruker Norge bare vel halvparten så mye fossilt brensel per innbygger som gjennomsnittet i den vestlige verden. Det vil si at utslippet av svoveldioksid (SO2) og nitrogendioksid (NO2) er 25 kg mindre per innbygger per år enn gjennomsnittet i disse landene. Utslippene av karbondioksid (CO2) er 7500 kg mindre per innbygger.

Et annet moment som kommer inn, er at de norske vannkraftverkene kan produsere ekstra mye elektrisitet i nedbørrike år. Denne overskuddskraften kan vi selge til andre land, eller vi kan erstatte mange av de olje­ fyrte varmeanleggene våre med miljøvennlige elektrodekjeler. Vi kan gi et eksempel på det: 1988 var et nedbørrikt år. Dette året hadde vi ca. 9,6 milliarder kWh i overskuddskraft. Av det ble 3,9 milliarder kWh brukt i elektrodekjeler som erstatning for olje. Det førte til at indus-

9

trien reduserte oljeforbruket sitt med 390 000 tonn. De resterende 5,7 milliarder kWh ble eksportert til nabolandene. Her reduserte de forbru­ ket av kull og olje i varmeenergiverkene tilsvarende mye. Reduksjonen i kull og olje svarte til 1,5 millioner tonn olje dette året. Denne fornuftige bruken av elektrisitet fra vannkraft reduserte utslippene av karbondioksid (CO2) med 5 millioner tonn og utslippene av svoveldioksid (SO2) med 10 000 tonn i Norge og Sverige.

Lederen for Bellona, Fredric Hauge, sa til bladet Elkontakten (nr. 1/88): "Så sant du kan, bør du bruke elektrisk oppvarming istedenfor olje- og vedfy­ ring. Olje og vedfører nemlig til store utslipp av giftstoffer som svoveldioksid og sot." Her skal vi være oppmerksom på at dersom vi bruker olje til oppvarming i Norge og sender elektrisitet til for eksempel Danmark, vil danskene kun­ ne redusere sitt forbruk av kull til elektrisitetsproduksjonen. Dette vil to­ talt setrredusere utslippene av giftstoffer.

Den totale generatorinstallasjonen i Norge er 27 gigawatt (GW, 1 GW 1 million kW). Magasinkapasiteten i hele landet er 80 terawatt (TW, 1 TW = 1 milliard kW). Den totale kraftproduksjonen i 1993 var i underkant av 120 TWh. Det totale innenlandske kraftforbruket var ca. 112 TWh for samme år. Figur 1.2 viser produksjon og forbruk av kraft i Norge fra 1976 og frem til 1992.

H Industri

Netto eksport

Tjenesteyting

Husholdning

Kraftintensiv industri

Tildeldig kraft

Netto forbruk

Brutto forbruk

Brutto produksjon

Vann forbi driftskl. mask.

Kilde: Energi

Figur 1.2. Produksjon ogforbruk av kraft, 1976-1991, TWh per år (Kilde: Energi 93/94)

10

Tap

Tabellen viser at 1989 og 1990 var så nedbørrike at vi måtte slippe ubenyttet vann forbi kraftstasjonen. Statkraft SF er Norges største og Nordens nest største kraftprodusent. De driver 48 av kraftstasjonene i landet og står for ca. tredjeparten av kraft­ produksjonen i Norge. Statkraft er fra 1.1.1992 et statsforetak som ligger under Nærings- og energidepartementer. Statkraft planlegger, prosjekte­ rer, oppfører og driver energianlegg, og foretaket kjøper og selger energi.

Internasjonale forhold

Innbyggere

Elforbruk (ekskl. elektrokjeler)

Maks. belastning (Målt 3. onsdag i januar)

Elproduksjon

Sverige

Nordel

Danmark

Finland

Island

Norge

Mio.

5,2

5,1

0,3

4,3

8,8

23,7

TWh

33,1

65,5

4,5

103,4

133,0

339,5

°7

0,6

16,5

21.0

52,6*

58,1

4,7

120,1

140,8

335,7

94,5

99,6

52,0

59,3

-

41,8

21,8

6,1

18,5

Nøkkeltall 1993

GW

TWh

r

a

32,0

Prosentvis fordeling av elproduksjon per land: 23,3

Vannkraft

%

osv. Spenningen mellom faselederne Ll og L2 merkes Un> mellom fasele­ derne L2 og L3 merkes den U2i, osv. Ved et symmetrisk nett angir vi hovedspenningen bare som Uog hovedstrømmen I. Som figuren viser, ser vi at strømmen (/J som går fra Ll og ut til belast­ ningen, er den samme strømmen som går gjennom belastningsmotstan-

105

den. Med andre ord vil hovedstrømmen (7J og fasestrømmen (/f) være den samme. Hovedspenningen på nettet Un vil derimot fordele seg over to belastningsmotstander, slik at fasespenningen (Lty bare blir U^y/S. Uf= — =230 = 132,7V

V3

V3

Ettersom spenningen over hver belastningsmotstand er 132,7 V og resis­ tansen er 10 Q, vil strømmen gjennom resistansen (7f) bli

I{ = 132,7/10= 13,27 A

Dette er den samme strømmen som går i tilførselsledningen, ettersom hovedstrøm og fasestrøm er den samme ved stjernekobling.

7=4= 13,27 A Effekten som utvikles over en motstand, vil være (cos cp = 1):

Pf = 132,7- 13,27= 1762 W Ettersom dette er effekten som utvikles i en fase, vil effekten i alle tre fase­ ne bli tre ganger så stor: P = Pf-3 = 5286 W

Vi kunne også brukt effektformelen for trefase:

P = U • I ■>/5 • cos cp P= 230- 13,27-73- 1 = 5289 W

106

Av dette ser vi at en symmetrisk trefaseeffekt utvikler 1/3 av den totale effekten i hver fase. Dette gjelder uansett hvilken kobling vi har. Vi skal nå koble de samme resistansene i trekant og se hvilken effekt som utvikles. Figur 4.20 viser koblingen.

Som tegningen viser, vil hver av belastningsmotstandene være tilkoblet nettspenningen. t7= Vf= 230V.

Strømmen som går i tilførselsledningen (7), vil nå fordele seg på to resistanser, slik at strømmen gjennom belastningsmotstandene (/f) blir 73 mindre enn hovedstrømmen. /=ZrT3

Ettersom spenningen over motstandene er 230 V og resistansen er 10 Q finner vi enkelt strømmen gjennom en motstand:

10 Strømmen i tilførselsledningen blir nå /=/f. 73 = 23-73 = 39,8 A Vi ser at ved å koble motstandene i trekant vil strømmen i tilførsels­ ledningen bli tre ganger så stor som ved stjernekobling.

Effekten som utvikles over hver motstand, blir nå

P{= t/f. 4=230-23 = 5290W

107

Den totale effekten som utvikles i kretsen, blir:

P=Pr 3 = 5290-3 = 15 870 W Når vi bruker effektformelen, får vi

P= U ■ I ■ V3 • cos cp P= 230- 39.8 -V3- 1 = 15 870 W Effekten som utvikles ved trekantkobling, blir tre ganger så stor som ved stjernekobling.

Øvingsoppgave 5 1 Vi har tre resistanser på 25 Q. Beregn effekten som utvikles, og strømmen i tilførselsledningen dersom resistansene stjernekobles og tilkobles et 400 V nett. Hva blir effekten og strømmen dersom de trekantkobles og tilkobles samme nett?

Trefasetransformatoren Trefasetransformatoren består av tre viklingsett. Disse tre viklingene kan stjernekobles (Y-kobling), trekantkobles (D-kobling) eller sikksakkobles (Z-kobling). Sikksakkobling er en slags stjernekobling hvor hver fase be­ står av to deler. Hver av disse delene er 60° faseforskjøvet innbyrdes.

Figur 4.21 Ulike

transformatorkoblinger

108

Ko bli ngsgruppe Koblingen for alle viklingene i en flerfasetransformator skal betegnes med et koblingsgruppesymbol. Dette koblingsgruppesymbolet viser hva slags viklingskobling vi har, og hvor stor fasevinkelen mellom viklingene er. Fasevinkelen mellom viklingene vises ved hjelp av et koblingssiffer. Dette koblingssifferet følger klokka, slik at 0 blir rett opp og betegner at begge viklingene har samme faseretning. Er koblingssifferet 3, vil den ene vik­ lingen være faseforskjøvet 90° i forhold til den andre. Figur 4.22 viser koblingsskjema og vektordiagram for en YyO-koblet transformator.

Figur 4.22 Koblingsskjema og vektordiagram for YyO-koblet

transformator På figur 4.22 er viklingene merket I, II og III. De ligger vanligvis utenpå hverandre på transformatorbeinet.

Den stiplete linja viser «bunnen» på begge viklingene, og sekundærviklingene er tenkt brettet ned om denne linja. Pilene viser retningen på de induserte spenningene. Ved denne koblingen har de samme retningen. Det skyldes samme viklingsretning på høy­ spennings- og lavspenningsviklingene på beinet.

Dersom viklingene på primær og sekundærsiden er 180° forskjøvet, blir koblingssifferet 6, og hele koblingsgruppesymbolet blir Yy6. Figur 4.23 viser denne koblingen.

109

Figur 4.23 Koblingsskjerna og vektordiagram for Yy6-koblet

transformator Den stiplete linja viser også her «bunnen» på begge viklingene, og sekundærviklingen er tenkt brettet ned om denne linja.

Pilene viser retningen på den induserte spenningen.

De ulike transformatorkoblingene vil resultere i ulike spenninger og strømmer både i transformatorviklingene og på transformatorklemmene. Valg av koblingsgruppe vil derfor være avhengig av mange faktorer, for eksempel nettspenning, belastningsstrøm, symmetrisk og usymmetrisk belastning, behov for ulike spenninger ut fra samme transformator og nettsystemtype. Vi kan markere bruken av de forskjellige koblingene forenklet slik: Trekantkobling (D-kobling) brukes ved høyere merkestrømmer og lavere spenninger.

Stjernekobling (Y-kobling) brukes for lavspenning, men også for viklinger med høyere spenning og lave strømmer. Dette er den vanligste koblingen. Sikksakkobling (Z-kobling) brukes bare på sekundærviklingen til en transformator som er stjernekoblet på primærsiden, og hvor det på sekun­ dærsiden er uttatt nøytralpunkt (230 V) som blir skjevlastet mellom fase og nøytralpunkt. I TN-systemer er det spesielt viktig å velge riktig koblingsgruppe. Grunnen er at reaktansen i transformatorens nullsystem varierer stort ved de forskjel­ lige koblingsgruppene. Det er derfor svært ugunstig å bruke Y/yN-koblet transformator i TN-systemer. Her vil fluksen i de tre beina i transforma­ toren være forskjøvet 120° i forhold til hverandre, mens den induserte spenningen i viklingene på samme bein vil være i fase med hverandre.

110

Klemmene til høyspenningsviklingene betegnes med store bokstaver A, B, og C, mens lavspenningsviklingene har små bokstaver a, b og c. Hvis nøy­ tralpunktet føres ut, skal det merkes N på høyspenningssiden og n på lavspenningssiden. Figuren 4.24 viser en Yy-koblet transformator.

Figur 4.24 Yy - koblet trafo

Høyspenningsviklingen merket A og lavspenningsviklingen merket a er viklet på samme kjerne. Disse viklingene blir omgitt av samme magnetfelt og hører til samme fase. Den induserte spenningen i disse faseviklingene vil derfor forholde seg til hverandre som antall viklinger per fase.

Uyy_ u2{

Mf n2{

Dette er trefasetransformatorens viklingsforhold K. Omsetningsforholdet (O) for en trefasetransformator er lik Uj / U2. Ved denne koblingen vil hovedspenningene forholde seg til hverandre som viklingsforholdene ettersom vi har samme kobling på primærsiden og sekundærsiden:

c/2f

u2

Eksempel

Figur 4.25 viser en Yy-koblet trefasetransformator som blir tilkoblet 22 kV på primærsiden. Hver fase på primærsiden har 600 viklingstørn, mens hver fase på sekundærsiden har 60 viklingstørn. Hva blir transfor­ matorens spenning på sekundærsiden, og hva er omsetningsforholdet? Mf

Mf

Mf’ Mf

111

Vi kryssmultipliserer og får

Mf Mf- Mf Mf Mf=

Mf Mf 22 000/V3 • 60 =1272V 600 Mf

M = Mf ^3 = 1272-MM 2200 V O=^= 22000=10 V2

2200

—

Dd-koblet transformator En trekant/trekant-koblet transformator har også samme kobling på primærsiden og sekundærsiden. Av samme grunn som for Yy-koblet trans­ formator vil også her omsetningsforholdet for transformatoren bli lik for­ holdet mellom viklingene per fase. Viklingsretningene til faseviklingene vil også her være slik at fasevinkelen på høyspennings- og lavspenningsviklingen har samme retning i samme øyeblikk. Figur 4.26 viser en D- koblet trafo.

Figur 4.26

j Eksempel

Figur 4.27

Vi bruker samme transformator som i den foregående oppgaven og får:

Mf= M =2200 v 0=

U2

112

= 22000 = 10 2200 —

Dy-koblet transformator I en trekant/stjerne-koblet transformator er det ulik kobling på primær­ siden og sekundærsiden. Den induserte spenningen per viklingstørn vil imidlertid fortsatt bli den samme.

U2(

Eksempel

En 500 kVA transformator har en primær hovedspenning på 22 kV og en sekundærspenning på 230 V. Virkningsgraden er 95 %. Transformatoren er koblet i trekant på primærsiden og i stjerne på sekundærsiden. Se figur 4.28. Belastningen har en effektfaktor på 0,8. Beregn: a omsetnings- og vindingsforholdet b sekundær fase og hovedstrøm c primær fase og hovedstrøm

Ux_22 000 95 7 Omsetningsforholdet 0 = ~U2= 230 Vindingsforholdet k = b

N

Ui{

22 000:V3 230

S2 = 500 kVA

S2 = U2-I2V5 r S2-V5 500000-V3 A = -±------ =------------------ = 1257 A U2 230

Ved stjernekobling vil hoved- og fasestrøm være lik: I2 = /3f= 1257 A c

^7

o

T| = — nar cos (px = cos