5. Mérés Transzformátorok

5. Mérés Transzformátorok A transzformátor a váltakozó áramú villamos energia, feszültség, ill. áram értékeinek megváltoztatására (transzformálására) alkalmas villamos gép... Működési elv A villamos energia átalakításához időben váltakozó mágneses teret kialakítani, amelyet esetünkben az átalakítandó áram (a rákapcsolt feszültség által áthajtott áram) hoz létre egy tekercs segítségével. A tekercsre kapcsolt váltakozó feszültség hatására meginduló áram egy váltakozó mágneses teret gerjeszt, amelynek vezetését, záródását, a mágnesességet jól vezető vasanyaggal (vasmaggal) segítjük. Az így létrehozott váltakozó mágneses tér kapcsolódik az őt létrehozó tekercs meneteivel, és abban a nyugalmi indukció feszültséget indukál. Ezt a feszültséget indukált feszültségnek nevezzük, nagysága: (..-) Az így indukált feszültség a belső impedancián létrejövő feszültségeséseket leszámítva, egyensúlyt tart a tekercsre kapcsolt feszültséggel (..-. ábra.) Ha a tekercsre szinuszosan váltakozó feszültséget kapcsolunk, az általa áthajtott áram mínusz koszinuszos lefolyású lesz. A tekercs vasban haladó fluxus kapcsolódása így: Ψ cos amely fluxus változás indukálta feszültség: sin (..-)..-. ábra. A transzformátor működése

A vasban szinuszosan változó mágneses teret használjuk fel az energiaátalakításhoz, úgy, hogy a mágneses teret vezető vasmagra egy második (szekunder) tekercset helyezünk el. A változó fluxus abban is feszültséget fog indukálni az első (primer) tekercshez hasonlóan. Az indukált feszültség nagysága függ a szekunder tekercs menetszámától is, vagyis ha a második tekercs menetszáma eltér az első tekercs menetszámától, a benne indukált feszültség is eltérő nagyságú lesz. A két indukált feszültség aránya az! "!#$%&' ( "#$%&' (! " egyenlet alapján megegyezik a tekercsek menetszámainak arányával. Ezt az arányt kész transzformátoroknál a tekercsek üresjárási feszültségeinek mérésével meghatározhatjuk, és áttételnek nevezzük:!! " " (..-) A szekunder tekercsben indukált feszültséget feszültségforrásként hasznosíthatjuk. Terhelést kapcsolva a tekercsre az U i feszültség áramot indít az áramkörben. Ez a terhelőáram átfolyik a szekunder tekercs menetein olyan gerjesztést hoz létre, amely az őt létrehozó fluxust gyengíteni igyekszik (Lenz törvénye). Azonban az eredő fluxus terhelés hatására számottevően nem változhat, mivel akkor megbomlana az egyensúly a primer tekercsben indukált U i feszültség és az U kapocsfeszültség között. A primer tekercs áramfelvétele ezért megnő, és a főfluxus létrehozásához szükséges elhanyagolhatóan kis gerjesztés mellett gerjesztésének jelentős megnövelésével ellensúlyozza a szekunder tekercs * fluxuscsökkentő gerjesztését. A gerjesztések egyensúlya alapján felírható, hogy: *, *, ami alapján az áramáttételre a következőket kapjuk: -! -",! %.., -" -! (..-4) Ugyanerre az eredményre jutunk, ha energetikai oldalról vizsgáljuk a kérdést. Az átalakító szekunder oldalából kivett / * teljesítményt a primer oldalon bevitt / * teljesítménnyel kell fedezni. Ha az energiaátalakítás során keletkező veszteségektől eltekintünk, a két teljesítményt azonosnak vehetjük. *, * alapján.,!, -" " -!.. Szerkezeti felépítés A működési elv ismeretében a transzformátor a..-. ábrán látható főbb szerkezeti egységekre bontható: Primer tekercselés, melybe az átalakítandó villamos teljesítményt vezetjük, és amely létrehozza az energiaátalakításhoz szükséges mágneses teret. Vasmag, mely a váltakozó mágneses tér vezetését, záródását biztosítja. Szekunder tekercselés, amelyből az átalakított villamos teljesítményt nyerjük.

Egyéb szerkezeti elemek, nevezetesen: állványok, tartály, fedél, átvezető szigetelők, hűtőberendezések (radiátorok, ventillátorok, olajszivattyúk) stb. 9 7 6 8 8 4 5 A transzformátor szerkezetének részletes tárgyalásával nem foglalkozunk, csak a működés szempontjából leglényegesebb alkatrészeket említjük meg. a.) Tekercselések A tekercselések anyaga általában elektrolitikus vörösréz, ritkábban nagytisztaságú alumínium (Al 99,99 ). A tekercselő huzalokat hidegalakítással (hengerlést követő húzás) és hőkezeléssel állítják elő, ügyelve a vonatkozó szabványok által előírt jellemzők (keménység, szakítószilárdság) betartására. A huzalok általában kör keresztmetszetűek (kb.,5 mm átmérőig), de nagyobb keresztmetszet igény esetén készítenek téglalap alakú huzalt is. Ezeket "élére" vagy "lapjára" hajlítva használják. A kör keresztmetszetű huzalok szigetelése ma már jellemzően műanyagbázisú zománc. Nagyteljesítményű olajtranszformátoroknál a profilhuzalt szigetelik még vékony papírral (japánpapír, g/m), vagy száraztranszformátoroknál műanyag fólia (myoflex, hosztafán) szalagozással. A tekercselések geometriai kialakítása szerint megkülönböztetünk hengeres és tárcsás tekercselrendezést (..-. ábra). Hengeres tekercselrendezés..-. ábra. A transzformátor főbb szerkezeti egységei ) vasmag; ) nagyobb feszültségű tekercs ) kisebb feszültségű tekercs; 4) állvány; 5) tartály; 6) fedél; 7) átvezető szigetelők; 8) hűtőradiátorok; 9) olajtáguló edény (konzervátor) E tekercselési módra az a jellemző, hogy a menetek egymás mellett az egész oszlophosszt elfoglalják. Üzembiztosabb megoldás az lenne, ha a kívánt menetszám egymás felett, egy rétegben helyezkedne el az oszlopon. Ekkor az egyes menetek között nem lépne fel nagyobb

feszültség, mint a transzformátor menetfeszültsége. Ez azonban nem mindig érhető el, mert a járulékos veszteségek miatt a vezető sugárirányú mérete nem haladhatja meg a 0 mm-t. 4 a) b)..-. ábra Transzformátoroknál szokásos tekercselrendezések: a) hengeres tekercselrendezés; b) tárcsás tekercselrendezés ) vasmag; ) nagyobb feszültségű tekercs; ) kisebb feszültségű tekercs; 4) főszigetelés Ha a menetek nem férnek el egy sorban, több rétegben kell elhelyezni őket. Ekkor a rétegek közt fellépő rétegfeszültség igénybevétel elviselésére fóliaszigetelést is alkalmaznak. Tárcsás tekercselrendezés A..-b. ábrán látható tárcsatekercs fazonhuzalból készült, rétegenként egy-egy menettel. A tekercs készítéséhez szükséges huzalmennyiséget előre leszabják, majd a huzalszakasz közepén a tárcsák szélességének megfelelő, élére hajlított "S" átmenetet készítenek. Az átmenetet rögzítik a tekercselő dobon, és itt kezdik el a tekercselést. A dobot "előre" indítva, elkészítik az "e" jelű féltekercset, ez idő alatt a másik félhez szükséges huzalmennyiség ideiglenesen a dobhoz rögzítve, vele együtt forog. A féltekercs elkészülte után a másik féltekercshez szükséges huzal kerül a huzaleresztőre, és a dobot ellenkező forgásirányba, "hátra" indítva tekercselik fel a "h" jelű féltekercset. E bonyolultnak tűnő műveletsorral azt érjük el, hogy a tekercs mindkét kivezetése, "kezdete" és "vége" is felül van, és a tekercsbe áramot vezetve a két féltekercs azonos irányú gerjesztést hoz létre. Az egymásra esetleg különböző csoportosításban elhelyezett tárcsák kivezetett felső végeit megfelelően összekötve kapjuk a primer vagy szekunder tekercselést. A tárcsás tekercselrendezést nemcsak akkor használjuk, ha mindkét oldal tárcsákból áll, hanem akkor is, ha hengeres tekercselésnél egyetlen henger rétegfeszültsége túl nagyra adódna. Ilyenkor megosztjuk az egyetlen hengert több tekercsre, és ezeket a tekercseket külön szigeteljük szalagozással, csévékkel vagy cséveoldalakkal (szegletgyűrűkkel). A tekercsek megfelelő végeit összekötve kapjuk aztán a primer vagy szekunder tekercselést. 4

b.) Vasmag Az energiaátalakításhoz szükséges váltakozó mágneses teret a levegőnél nagyságrendekkel jobb mágneses vezetőképességű vasanyagban hozzuk létre. Mivel a váltakozó mágneses tér tömör vezetőanyagban örvényáramot indít, ennek csökkentésére a vasmagot egymástól elszigetelt lemezekből kell felépítenünk. A lemezelés azonban nem tudja megakadályozni a lemezen belüli örvényáramok kialakulását, így azt a lemezvastagság csökkentésével, és szilíciumötvözéssel igyekszünk a lehető legkisebb értékre szorítani. A jelenleg alkalmazott lemezvastagság erőátviteli transzformátoroknál: 0,5 mm, a fajlagos ellenállás növelésére alkalmazott szilíciumötvözés kb.,5...4%. A váltakozó mágneses tér a vasban az örvényáram okozta veszteségen kívül még egy más jellegű veszteséget is, az ún. hiszterézisveszteséget is okoz. A vasanyag elemi mágneses dipólusainak a mágneses térbe történő beállítása ill. az ellenkező irányúak átállítása is hatásos teljesítményt igényel. Mivel ennek nagysága az alkalmazott vasanyag átmágnesezési (hiszterézis) görbéjének területétől függ, hiszterézis veszteségnek nevezzük. a) b) c)..-4. ábra. Egyfázisú transzformátor vasmagtípusok a) láncszem- b) oszlop- c) köpeny típusú vasmag ) tekercselés; ) oszlop; ) járom A hiszterézis hurok területét radikálisabban a vasanyag széntartalmának minimális értéken tartásával csökkenthetjük. A rendkívül kis széntartalom mellett igen lényeges a kristályszerkezet felépítése. Ezt hidegalakítással és hőkezeléssel módosíthatjuk. A hőkezeléssel és hideghengerléssel irányított szemcseszerkezetű lemez mágneses tulajdonságaiban többszörösen felülmúlja az azonos vegyi összetételű melegen hengerelt lemezt. Ez utóbbi kijelentésnek sajnos van egy szépséghibája: csak akkor igaz, ha a felépítendő mágneses tér iránya megegyezik a hengerlés irányával. a) b)..-5. ábra Háromfázisú transzformátor vasmagtípusok a) mag típusú vasmag; b) köpeny típusú vasmag ) tekercselés; ) oszlop; ) járom 5

Az..-4. ábrán és az..-5. ábrán bemutatott hagyományos egy- és háromfázisú vasmagtípusok elterjedésüket egyszerű felépítésüknek és olcsó felszerszámozási igényüknek köszönhetik. A konstrukciók közös hátránya viszont, hogy a sarkokban a fluxusvezetés iránya eltér a hengerlés irányától, így hidegenhengerelt lemez alkalmazása esetén a járom és oszlop találkozásánál a sarkokban többletveszteség keletkezik. A transzformátor lemezeket ma már szalag alakban, a megrendelő által igényelt méretű, és tömegű tekercsekben, kétoldali szigeteléssel szállítják. Modernebb konstrukciós irányzat a tekercselt vasmagok alkalmazása. Ennél a megoldásnál biztosítani tudjuk, hogy a vasmag egész hosszában a hengerlés irányában haladjon a fluxus. Elmaradnak a sarkok és az élőmunka igényes lemezelés. A már korábban is alkalmazott kitűnő mágneses tulajdonságú, hidegenhengerelt lemezcsíkból felcsévélt ún. toroid vasmagoknál a tekercselés elhelyezése jelentett technológiai nehézséget. A zárt gyűrűre menetenként kellett a tekercselést felfűzni, ami korlátozta a konstrukció alkalmazhatóságát teljesítmény- és feszültségnagyságban egyaránt. Nagyobb helyigénye és gyártási költsége miatt csak különleges alkalmazási területeken terjedt el. A konstruktőrök azonban nem mondtak le a tekercselt vasmag kínálta előnyökről. Először különböző toroid tekercselőgépek alkalmazásával, majd a lemeztekercs szétvágásával, kísérelték meg a gyártási nehézségeket megoldani. Az..-6. ábrán ilyen tekercselt vasmagú transzformátort láthatunk. A 4 félből álló vasmagot a csévén lévő tekercselésbe illesztve, és bandázzsal összefogva a vasmagfeleket, megtakarítható az élőmunka igényes lemezelés 4 4 5 5..-6. ábra. Egyfázisú tekercselt vasmag kialakítása ) a transzformátor tekercselése csévén; ) hidegenhengerelt tekercselt vasmag, a lemezek egymáshoz ragasztva, majd a lemez-tekercs félbevágva; ) a vasmagfeleket összefogó bandázs, 4) bandázsrögzítő csavar, 5) köszörült illeszkedő felület (lehetőleg minél kisebb légrés) Jelenleg 0kVA teljesítményig sorozatban gyártott (pl. Vacuumschmelze) egyés háromfázisú tekercselt vasmagok vannak kereskedelmi forgalomban, de egyes cégek megrendelésre gyártanak nagyobb teljesítményű (MVA) transzformátorokat is ilyen technológiával. 6

.. Helyettesítő kapcsolási vázlat A helyettesítő vázlat bevezetésének célja egy olyan passzív elemekből álló kapcsolás létrehozása, melynek segítségével az adott villamos gép különböző terhelési állapota, viselkedése egyszerűen leírható. A transzformátor működési elvének tárgyalásakor láthattuk, hogy az energiaátalakításhoz váltakozó mágneses térre van szükség. E váltakozó mágneses tér feszültséget indukál az őt létrehozó primer tekercselésben, és az átalakított villamos energiát hasznosító szekunder tekercselésben is. Az átalakított energia hasznosításakor a szekunder tekercselésen átfolyó áram szintén létrehoz egy gerjesztést, mely a primer tekercs gerjesztése ellen dolgozik. Azt is láttuk, hogy a tekercsek közti mágneses kapcsolatot vasmag alkalmazásával segítjük elő. E kapcsolat gyakorlati megvalósításakor azonban találkozunk olyan jelenségekkel, melyeket eddig nem tárgyaltunk. A primer tekercseléssel létrehozott erővonalak között lesznek olyanok, melyek nem a vasmagban fognak záródni, hanem a levegőben nem kapcsolódnak a szekunder tekercs meneteivel...-7. ábra A valóságos transzformátorban kialakuló fluxusok és áramirányok N menetszámú primer és N menetszámú szekunder tekercselés, Φ főfluxus; Φ s és Φ s szórt fluxusok. Azon erővonalak összességét, amelyek csak az egyik tekercselés egyes meneteivel kapcsolódnak és az energiaátalakításban nem vesznek részt, szórt fluxusnak nevezzük. Mind a primer, mind a szekunder tekercselésnél találunk szórt fluxusokat. A szórt fluxusok igen jó közelítéssel egyenesen arányosak a tekercsen átfolyó áram nagyságával, így az általuk indukált feszültség nagyságát és irányát úgy vehetjük figyelembe, hogy hatásukat az időtartományból a komplex síkra áttérve helyettesítjük egy a tekercsből kiemelt reaktanciával (..-8. ábra). A szórt fluxusok által indukált feszültség ezek szerint: 7

0 * 0 és 0 * 0 (..-5) ahol: 0 0 a szórási reaktancia, 0 " Λ0 a szórási induktivitás, és Λ0 a szórt fluxus mágneses vezetőképessége...-8. ábra. A transzformátor idealizált tekercsekből és ellenállásokból felépített helyettesítő vázlata Mint minden valóságos tekercsnek, így a primer és szekunder tekercselésnek is van ohmos ellenállása. Azt a megállapításunkat tehát, hogy a tekercs kapcsain mérhető feszültséggel a tekercsben indukált feszültség tart egyensúlyt, ki kell egészítenünk, figyelembe kell vennünk a tekercs ohmos ellenállásának hatását is. Hasonlóan a szórási reaktanciákhoz, kiemelhetjük a tekercsek ohmos ellenállásait is, 5 * 6 és 5 * 6 (..-6) így kapjuk a..-8. ábrán idealizált tekercsekből és ellenállásokból felépített transzformátort. A primer és szekunder körben szereplő: N és N menetszámú idealizált tekercsekben a feltételezésünk szerint szinuszosan változó főfluxus #$%&78 pillanatértékű-, ill. a primer és a szekunder tekercsben: 9:0 (..-7) ill.: ";< " ";< " 4,44 @ (..-8) 4,44 @ (..-9) effektív értékű feszültséget indukál. Tételezzük fel, hogy a transzformátorunk szekunder menetszáma megegyezik a primer tekercs menetszámával, azaz áttétele: a=. E feltételezésnek megfelelő transzformátor szekunder mennyiségeit megkülönböztetésül, ezen túl lássuk el vesszős ( ' ) jelöléssel! 8

Ezek szerint N ' = N és U ' i = Ui. Könnyen belátható, ha a két tekercs menetszáma és feszültsége is azonos, akkor menetenként összeköthetők (..-9. ábra), és egy tekerccsel helyettesíthetők ( X lásd..-0. ábra). Ezáltal a két különálló áramkört egyesítettük, és Ü egyfajta indukált feszültségről beszélhetünk...-9. ábra. : áttételű transzformátor primer és szekunder áramkörének egyesítése Ha a terheletlen (üresjárás, amelyre utal az Ü index) transzformátor mágneses terét létrehozó gerjesztési áramon ( I g ), (gerjesztési teljesítményen) kívül a vastestben fellépő veszteségeket (örvényáram- és hiszterézis veszteség) is figyelembe akarjuk venni, akkor ezt az X reaktanciával párhuzamosan kapcsolt ( R ) ellenállással képezhetjük le. Ü Ü Megjegyzendő, hogy a..-0. ábra kapcsolási rajzával azonos a háromfázisú transzformátor egyfázisú helyettesítő vázlata, csak a feszültségek helyébe fázisfeszültség kerül, a teljesítmények számításánál pedig, a három fázist figyelembe kell venni. Például a háromfázisú transzformátor vasvesztesége: A B * B " 6 ü!..-0. ábra. A transzformátor egyfázisú helyettesítő vázlata Mi a helyzet általánosságban, ha tényleges, a N N = transzformátorról van szó? Át kell számítani a tényleges, a áttételű-, és nem : áttételű N N = áttételű transzformátor szekunder mennyiségeit egy képzeletbeli, : áttételű ( N = N ' ) transzformátorra! Ezt az átszámítást redukciónak nevezzük. A redukció alapvető feltétele, hogy az átszámítás során se a gerjesztési viszonyok, se a teljesítmény viszonyok ne változzanak meg (..-0.ábra). Ha a..-0. ábra impedanciáinak arányait a villamosenergia-átvitel szokásos transzformátoraira (00 kva és 00 MVA teljesítményhatárok között) megvizsgáljuk, akkor azt láthatjuk, hogy az üresjárási (párhuzamos ág) impedancia három nagyságrenddel (000 9

szerese) nagyobb, mint a rövidzárási (soros tagok) impedancia. Ezt figyelembe véve eltekintünk az energiaátalakításhoz szükséges mágneses tér létrehozásakor keletkező hatásos és meddő teljesítményektől, azaz a..-0. ábra áthidaló ágát elhagyjuk. Ha most a soros ellenállásokat és reaktanciákat összevonjuk, akkor egy egyszerű, a terhelési állapotok vizsgálatára könnyen használható négypólust kapunk (..-. ábra)...-. ábra. A transzformátor egyszerűsített helyettesítő vázlata A..-. ábra primer feszültségre vonatkozó, galvanikusan összefüggő helyettesítő vázlatában az R és X tag meghatározásához egy elkészült transzformátor rövidzárási mérésének eredményeit használhatjuk fel. 0

..4 Állandósult üzemállapotok a.) Üresjárás TD00 HLA- (,A) LEWa (,5A;50V) AT000 L A W 90V N V 90V 4V V TR HLV- (00V) TR HLV- (60V). ábra. Kapcsolási vázlat egyfázisú transzformátor üresjárási méréséhez. A transzformátor üresjárási üzemállapotában a primer tekercselést névleges feszültségre kapcsoljuk, a szekunder kapcsokat üresen hagyjuk, így a szekunder tekercselés árammentes. A transzformátor által felvett áram, és teljesítmény a váltakozó mágneses tér felépítésére fordítódik. Az üresjárási villamos jellemzők mérésével a vasmag mágneses igénybevételéről, a vastestben keletkező veszteségekről kapunk információt. Az üresjárási mérés a tekercselésben keletkezett durva hibák (pl.: menetzárlat) felderítését is szolgálja. Üresjárásban a primer tekercselésbe indukált feszültség csak csekély mértékben különbözik a kapocsfeszültségtől, ezért a transzformátor áttételének meghatározása az üresen járó transzformátor primer és szekunder feszültségének mérésével történik. A transzformátor lemeztest mágneses igénybevételéről, a lemezelés minőségéről az egyszerű üresjárási mérésnél több információt adnak az üresjárási jelleggörbék (..-.ábra). A jelleggörbék a tápfeszültség függvényében ábrázolják az üresjárási áram és teljesítmény változását. Az üresjárási teljesítmény mérésével pontosan meghatározhatjuk, hogyan változik a vastestben keletkező veszteség a tápfeszültség függvényében. Az üresjárási teljesítménygörbe alakja jó közelítéssel másodfokú parabola. A vastestben váltakozó fluxus a feszültséggel egyenesen arányos, üresjárásban elenyésző mennyiségű fluxus kényszerül szórási utakra, így a feszültség az indukcióval is arányos lesz. Megállapíthatjuk, hogy a vasveszteség a feszültség (az indukció) négyzetével változik. cosϕ I 0 P 0 0 I 0 P0 I 0n P 0n cosϕ 0n cosϕ 0 U 0 U n..-. ábra. Transzformátor üresjárási jelleggörbéi

b.) Rövidzárás L N TD00 TE-0.9 HLA- LEWa (,5A;75V) (6A) (7 Ω; 5,6A) A W R V TR HLV- (60V). ábra. Kapcsolási vázlat egyfázisú transzformátor rövidzárási méréséhez. AT000 90V 4V 90V TR Ezen üzemállapot részletes tárgyalása előtt egy nagyon fontos dolgot kell tisztáznunk: A transzformátor rövidzárása és rövidzárlata két különböző fogalom! A transzformátor rövidzárása: egy szekunder oldalon rövidre zárt transzformátor csökkentett feszültségről történő táplálását jelenti, vizsgálati célból, amelynél a tekercselésben folyó áram nem, vagy alig lépi túl a névleges értéket. A transzformátor rövidzárlata: egy primer oldalon üzemszerűen névleges feszültségre kapcsolt transzformátor normálistól eltérő üzemállapota, amelynél a szekunder kapcsok véletlenszerűen egymással, vagy a földdel kis ellenálláson keresztül összeköttetésbe kerülnek. Ebben az esetben, a tekercselésben zárlati nagyságrendű áram a névleges áram több tízszerese folyik. A rövidzárási vizsgálat során a transzformátor tekercseléséről, annak ohmos ellenállásáról és szórási reaktanciájáról kapunk információt. Rövidzárási mérés eredményének ismeretében számolhatjuk a különböző terheléssel járó transzformátorokban fellépő feszültségeséseket, és párhuzamosan üzemelő transzformátorok között a terhelés eloszlást. A rövidrezárt transzformátort jó közelítéssel egy impedanciával helyettesíthetjük (..-. ábra), amelynek ohmos része a transzformátor primer- és szekunder tekercselésének azonos feszültségszintre redukált ellenállása; induktív jellegű reaktanciája, pedig a tekercselések szórási reaktanciáinak összege: ' ( ) Z = R + R + j( X + X ) = R + jx (..-0) ' s s s A transzformátor impedanciájára jutó rövidzárási feszültséget felbonthatjuk két összetevőre, az ellenálláson eső feszültségre és a szórási reaktancián keletkező feszültségesésre: U z = I z Z = I z R + jx = U R + U s (..-) ( ) Külön jelentőséget tulajdonítunk a névleges rövidzárási feszültségnek, amelynél a névleges áram folyik a rövidrezárt transzformátor tekercseléseiben. s

..-. ábra. A transzformátor egyszerűsített helyettesítő vázlata és fazorábrája rövidzárásban A névleges rövidzárási feszültségnek a névleges feszültségre vonatkoztatott százalékos értékét dropnak nevezzük: E FG G 00% (..-) Névleges feszültség alatt természetesen annak az oldalnak a feszültségét kell érteni, amelyről a rövidrezárt transzformátort tápláljuk, ahol U értékét mérjük. A rövidzárási feszültséghez hasonlóan a dropot is felbonthatjuk két összetevőre az ellenállással arányos ε R, és a reaktanciával arányos ε s összetevőre: zn E J KE L " M E ' " (..-) A drop szokásos értéke a teljesítménytől függően: ε =...%. A drop értékéből következtethetünk a zárlati áram állandósult értékére. Mivel rövidzárásban (és jó közelítéssel zárlatkor is), a mágneses erővonalak szórási utakra kényszerülnek, a rövidzárási impedancia állandónak tekinthető. U zn U n = =, aminek alapján egy névleges feszültségre kapcsolt I I E közelítéssel élve: Z z n Z transzformátor állandósult zárlati áramának effektív értéke: * J G J( * (! N F * ( (..-4) A rövidzárási jelleggörbék felvételénél változtatható feszültségforrásról tápláljuk a szekunder oldalon rövidrezárt transzformátort, és mérjük a tápfeszültséget, valamint a transzformátor felvett áramát és hatásos teljesítményét, és a felvett áram függvényében ábrázoljuk a transzformátor rövidzárási feszültségét (amivel tápláljuk a rövidrezárt transzformátort), és a rövidzárási teljesítményt (..-4. ábra). A jelleggörbéket kiértékelve meghatározhatjuk a névleges áramhoz tartozó névleges rövidzárási feszültséget és a rövidzárási teljesítményt. Ezek az adatok szükségesek a transzformátor dropjának és a névleges áramhoz tartozó tekercsveszteségének meghatározásához.

cos ϕ P U z z z P z cos ϕ zn U P zn zn U z cos ϕ z I z I n..-4. ábra. A transzformátor rövidzárási jelleggörbéi A névleges rövidzárási adatok birtokában kiszámíthatjuk az egyszerűsített helyettesítő vázlat elemeinek adatait. A névleges rövidzárási teljesítményből és -áramból közvetlenül számítható az azonos feszültségszintre redukált tekercsellenállások összege: R ' P + R = I zn n (..-5) A..-. ábrán megadott helyettesítő vázlat soros reaktanciáját a rövidzárási meddő teljesítmény ismeretében számíthatjuk. A felvett rövidzárási látszólagos teljesítmény és a névleges rövidzárási hatásos teljesítmény ismeretében, a meddő teljesítmény egyszerűen számítható: Q = S P. (..-6) zn zn zn Ennek alapján az azonos feszültségszintre redukált szórási reaktanciák összege: ' Q X s X zn + s =. (..-7) I n Háromfázisú transzformátoroknál az egyfázisú helyettesítő vázlat elemeit az egy fázisra vonatkozó fázisértékekkel kell számolni! 4

c.) A transzformátor terhelése, feszültségváltozása A transzformátor üzemi viselkedésére jellemző adat a transzformátor szekunder oldali feszültségváltozása. Feszültségváltozás alatt a névleges feszültséggel táplált transzformátor szekunder üresjárási- ( U o ), és terhelési kapocsfeszültségének ( U ) különbségét értjük: U = Uo U (..-8) Terhelés hatására a transzformátor tekercselésén átfolyó áram annak ohmos ellenállásán és szórási reaktanciáján feszültségesést okoz. A feszültségesés miatt a terheléstől a terhelőáramtól függően változni fog a transzformátor szekunder feszültsége az üresjárásihoz képest, annak ellenére, hogy állandó primer tápfeszültséget biztosítunk. A terhelés, váltakozó áram lévén, nemcsak nagyságával, hanem fázishelyzetével is befolyásolja a szekunder feszültséget. Ugyanakkor a transzformátor Z z rövidzárási impedanciájának nagyságán kívül, annak összetevőitől, vagyis a rövidzárási teljesítménytényezőtől, a cosϕ z -től is függ. A terhelés hatására bekövetkező feszültségváltozás négy tényezőtől függ: a terhelő áram ϕ nagyságától (I t ) és fázishelyzetétől ( t ), valamint a transzformátor rövidzárási impedanciájától (Z z ) és annak belső szögétől (φ z ), vagyis a transzformátor soros R ohmos ellenállásának és X induktív reaktanciájának arányától. A gyakorlatban általánosan előforduló induktív terhelések esetén a feszültségváltozást: U = I t Z z cos ( ϕ ϕ ) összefüggés segítségével számíthatjuk ki. Azonban különbséget kell tennünk az induktív és kapacitív jellegű áramok között, ehhez a terhelés fázisszögét előjellel kell figyelembe venni. Ha a meddő teljesítmény induktív jellegű, akkor ϕ t pozitív előjelű, ha a meddő teljesítmény kapacitív jellegű (az áram siet a feszültséghez képest), ϕ t -t negatív előjellel kell figyelembe venni. z t..5 Mérőtranszformátorok Az áramváltó feladata, hogy a nagyfeszültségű leágazások áramát kisfeszültségű és arányos, de kis értékű (leginkább 5 A vagy A) árammá transzformálja. Az áramváltó alkalmazása révén lehetővé válik továbbá a nagyfeszültségnek a kezelőszemélyzettől való távoltartása, valamint olcsó, kis helyigényű műszerek alkalmazhatósága. Az áramváltó szekunder áramköréhez csatlakoznak az amper-, a watt- és a fogyasztásmérők, valamint az áramra reagáló védelmi és automatika-berendezések áramtekercsei. A feszültségváltó feladata a nagyfeszültséget a műszerek táplálására alkalmas kisfeszültségre (leginkább 00 V, vagy 00 / V) letranszformálni. A feszültségváltó révén az áramváltóhoz hasonlóan a nagyfeszültséget távol lehet tartani a kezelőszemélyzettől, valamint lehetővé lehet tenni kis helyigényű, olcsó műszerek alkalmazását. A feszültségváltó szekunder tekercsei a voltmérők, a wattmérők, és a fogyasztásmérők, valamint a feszültséget igénylő védelmi- és automatika-berendezéseket, azok feszültségtekercseit táplálják. 5