Vektorski dijagram transformatora: Važno sredstvo za analizu grešaka

Transformator je uređaj koji prenosi električnu energiju s jednog kruga na drugi putem elektromagnetske indukcije. Transformatori su široko korišteni u električnim sustavima za povećanje ili smanjenje napona, izolaciju krugova i balansiranje opterećenja. Transformatori se mogu klasificirati na različite vrste prema njihovoj konstrukciji, konfiguraciji zavojnica i vektorskoj grupi.

Vektorski dijagram transformatora je grafička reprezentacija faznih odnosa između naponova i struja primarnog i sekundarnog zavoja transformatora. To je ključno sredstvo za razumijevanje performansi i ponašanja transformatora pod različitim radnim uvjetima i scenarijima grešaka.

U ovom članku objasniti ćemo što je vektorski dijagram transformatora, kako ga nacrtati i kako ga koristiti za analizu grešaka. Također ćemo razmotriti različite vrste spojeva transformatora i vektorske grupe te njihove implikacije za zaštitu i koordinaciju električnih sustava.

Što je vektorski dijagram?

Vektorski dijagram je dijagram na kojem se može prikazati jedan ili više vektora. Vektor je količina koja ima i magnitudu i smjer. U elektrotehnici, izmjenične količine, poput napona i struja, često se predstavljaju vektorima, jer se mijenjaju u magnitudi i smjeru s vremenom.

Na vektorskom dijagramu, izmjenične količine predstavljene su strelicama. Duzina strelice predstavlja efektivnu vrijednost izmjenične količine. Kutni položaj predstavlja fazni kut količine u odnosu na referentnu os ili drugu količinu. Ostrica strelice predstavlja smjer u kojem djeluje količina.

Kada električna količina djeluje od izvora prema opterećenju, vektor koji predstavlja tu količinu smatra se pozitivnim. Kada djeluje prema izvoru od opterećenja, smatra se negativnim.

Što je vektorski dijagram transformatora?

Vektorski dijagram transformatora je vektorski dijagram koji pokazuje fazne odnose između primarnih i sekundarnih napona i struja transformatora. Također pokazuje fazni pomak i polaritet zavojnica transformatora zavojnice.

Vektorski dijagram transformatora može se nacrtati za bilo koji tip transformatora, poput jednofaznog ili trofaznog, zvjezdano ili delta spojen, ili sa različitim konfiguracijama zavojnica i vektorskim grupama.

Vektorski dijagram transformatora može nam pomoći:

• Odrediti ekvivalentne parametre kruga transformatora, kao što su impedancija, otpornost, reaktancija i gubitci.

• Analizirati performanse i učinkovitost transformatora pod različitim opterećenjima, poput bezopterećenja, punog opterećenja, preopterećenja ili kratkog spoja.

• Prepoznati i dijagnosticirati greške u transformatoru ili njegovim pridruženim krugovima, poput otvorenog kruga, kratkog spoja, zemljanja ili međuvitkovne greške.

• Izabrati i koordinirati zaštitne uređaje za transformator, poput prekidnika, prekidača, releja ili shema diferencijalne zaštite.

• Provjeriti točnost spoja i polariteta transformatora tijekom instalacije ili komisije.

Kako nacrtati vektorski dijagram transformatora?

Da bismo nacrtali vektorski dijagram transformatora, moramo znati sljedeće informacije:

• Nominale napona i struje primarnih i sekundarnih zavojnica transformatora.

• Spoj i konfiguraciju zavojnica transformatora, poput zvjezdane ili deltne.

• Vektorsku grupu transformatora, koja ukazuje na fazni pomak i polaritet zavojnica.

• Otpornost opterećenja i faktor snage transformatora.

Koraci za crtanje vektorskog dijagrama transformatora su:

1. Odaberite referentnu os za dijagram. Obično se horizontalna os odabire kao referentna os.

2. Nacrtajte vektor primarnog napona duž referentne ose s njegovim pozitivnim smjerom okrenutim desno. Označite ga kao V1.

3. Nacrtajte vektor sekundarnog napona s duljinom proporcionalnom njegovoj efektivnoj vrijednosti i kutom prema njegovoj vektorskoj grupi. Označite ga kao V2.

4. Nacrtajte vektor primarne struje s duljinom proporcionalnom njegovoj efektivnoj vrijednosti i kutom prema njegovom faktoru snage. Označite ga kao I1. Smjer I1 trebao bi biti suprotan V1 ako primarna zavojnica isporučuje snagu sekundarnoj zavojnici.

5. Nacrtajte vektor sekundarne struje s duljinom proporcionalnom njegovoj efektivnoj vrijednosti i kutom prema njegovom faktoru snage. Označite ga kao I2. Smjer I2 trebao bi biti suprotan V2 ako sekundarna zavojnica prima snagu od primarne zavojnice.

6. Nacrtajte vektor otpornosti opterećenja s duljinom proporcionalnom njegovoj vrijednosti i kutom prema njegovom faktoru snage. Označite ga kao ZL. Smjer ZL trebao bi biti suprotan I2 ako je opterećenje pasivno (rezistivno ili induktivno).

7. Nacrtajte sve druge vektore koji su relevantni za analizu, poput impedancije, otpornosti, reaktancije, gubitaka itd.

Primjer: Vektorski dijagram jednofaznog transformatora

Razmotrimo jednofazni transformator s sljedećim specifikacijama:

• Nominale primarnog napona: 240 V

• Nominale sekundarnog napona: 120 V

• Nominale primarne struje: 10 A

• Nominale sekundarne struje: 20 A

• Spoj zavojnica: Zvijezda-zvijezda

• Vektorska grupa: Yy0

• Podrška​