Grunnprinsippa og oppbygging for ein transformator

På eit skip vil vi finne mange transformatorar. Er hovudspenninga om bord t.d. høgspent eller 690 V eller 400 V så treng vi trafoar til å få spenninga ned til 230 V, som vi t.d. nyttar i innreiing til lys og stikkontaktar. Andre ting vi nyttar trafoar til er styrestraum til motorar.

I prinsippet består 1-fase transformatoren av ei slutta laminert jernkjerne med to hovuddelar, åk og bein. Rundt kvart bein er ein eller fleire elektriske leiarar av isolert kopar eller aluminium vikla N antal gangar.

På ein av viklingane vert det tilført energi (primærsida), medan det på den andre viklinga kan tappast ut energi (sekundærsida). Primærviklinga sitt vindingstal, eller antal gangar leiaren er ført rundt beinet, nemnast N1 og sekundærviklinga sitt vindingstal N2.

Set vi spenning på primærsida U₁ så vil det flyte eit magnetisk vekselfelt (fluks) i jernkjerna, som vil indusere ei motspenning i primærviklinga. Magnetfeltet passerar også sekundærviklinga der det oppstår ei indusert sekundærspenning, og ei klemmespenning U₂ teken ut av sekundærviklinga.

Forholdet mellom spenningane er ved tomgang lik forholdet mellom antal vindingar på spolane.

$\frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{N_{1}}{N_{2}}$

• U₁ = klemmespenninga på primærsida
• E₁ = den induserte spenning i primærviklinga
• U₂ = klemmespenninga på sekundærsida
• E₂ = den induserte spenning i sekundærviklinga
• N₁ = antal vindingar i primærviklinga
• N₂ = antal vindingar i sekundærviklinga
• Φ = hovudfeltet som er bestemt av I₀ * N₁
• I₀ = transformatorstraumen i tomgang
• n = vindingsforhold/vindingsforhold

Vindingsforhold og omsettingsforhold i einfase trafo

Figuren ovanfor viser eit tomgangsbilde av transformatoren. Det vil alltid bli indusert den same spenning pr. vinding både på primærsida og sekundærsida.

Ved ein spole er namnet på primærspenninga det ein kallar sjølvinduksjonsspenninga, men i transformatorar kallast den eigentlig for motelektromotorisk kraft.

Forholdet mellom den primært og sekundært induserte spenning ved ubelasta transformator kallast transformatoren sitt omsettingsforhold, og er lik forholdet mellom primære og sekundære vindingstal. Forholdet mellom antal primærvindingar og antal sekundærvindingar kallar vi vindingsforholdet (n). I ein 1-fase-transformator er omsettingsforholdet lik vindingsforholdet.

Når transformatoren ikkje er belasta så kan vi sette at U₁ = E₁ og U₂ = E₂

I ein 1-fase-transformator er omsettingsforholdet / vindingsforholdet: $n = \frac{N_{1}}{N_{2}} = \frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{I_{2}}{I_{1}}$

I ein 3-fase-transformator er omsettingsforholdet / vindingsforholdet: $n = \frac{N_{1}}{N_{2}} = \frac{U_{1\text{fase}}}{U_{2}\text{fase}} = \frac{I_{2}}{I_{1}}$

Spenninga E₁ er motsett retta nettspenninga og oppfattast som ei motspenning. Når transformatoren køyrast i tomgang og vi ser bort i frå tomgangstapa, så kan vi sette

U₁ = E₁. Den vesle forskjellen mellom U₁ og E₁ går med til å frambringe ein primærstraum stor nok til å byggje opp magnetfeltet i jernkjerna.

Primærstraumen i tomgang kallast for transformatoren sin tomgangsstraum, og dette er nesten ein rein magnetiseringsstraum som ligg 90° faseforskyvd i forhold til nettspenninga.

Ved tomgang går det ingen straum i sekundærviklinga og E₂ = U₂.

Transformatoren sin effektfaktor er ved tomgang alltid lav og den effekt transformatoren opptek er då veldig liten. Dei spenningar som vert angitt på transformatoren sitt dataskilt, gjeld alltid for ubelasta transformator. Dette gjeld både for 1-fasetrafoar og 3-fasetrafoar.

No vil nok dei fleste transformatorar ha ei toleranse på ca. 10 prosent innanfor spenningsområde.

Belasting av transformatorar

Først skal vi sjå på spenningane. Vi veit at det blir indusert den same spenninga pr. vinding både på primærsida og sekundærsida. Klemmespenninga på primærsida vil alltid vere større enn den induserte spenninga i primærviklinga, altså U₁ > E₁. Klemmespenninga på sekundærsida vil alltid vere mindre enn den induserte spenninga i sekundærviklinga, altså E₂ > U₂. Transformatoren sitt spenningsfall er ikkje stort, men utgjer omtrent for begge viklingar ca. 3 til 10 %, avhengig av transformatoren sin størelse og belastinga sin art.

Vi skal no sjå på transformatoren når den vert belasta, og kva som skjer med spenning, straum og fluks. Det vil no flyte ein straum (I₂) i sekundærviklinga, og denne straumen vil lage eit magnetfelt som prøvar å svekke hovudfeltet dvs. retta motsett av hovudfeltet (Φ). På utsida av primærviklinga og sekundærviklinga vil det no oppstå såkalla spredefelt eller strøfelt.

Hovudfeltet vil no bli svekka av feltet som er forårsaka av straumen på sekundærsida (I₂). Vi veit at det er hovudfeltet som skapar E₁ og E₂, og når hovudfeltet svekkast vil dei induserte spenningar på primær- og sekundærsida også svekkast. Dette medfører at E₁ blir mindre i forhold til U₁ slik at U₁ får eit større overskot (eller potensial forskjell) til å drive primærstraumen I₁ gjennom primærviklinga, som igjen er nok til å oppretthalde

hovudfluksen (Φ). I tomgang så er det tomgangsstraumen (I₀) som driv hovudfeltet. For å skape det nødvendige hovudfeltet er dette bestemt av I₀ * N₁ d.v.s. amperevindingstalet i tomgang. Vi kan seie at amperevindingstalet driv feltet som ei spenning driv ein straum.

Ved belasting har vi difor fått I₂ * N₂ som søkjer å skape eit felt motsett retta hovudfeltet.

Ved belasting vil straumane I₁ og I₂ føre til at vi får spenningsfall i transformatoren. Det er to typar spenningsfall og det er ohmske spenningsfall og induktive spenningsfall. Det ohmske spenningsfallet er forårsaka av resistansen i viklingane. Når det gjeld det induktive spenningsfallet så er dette hovudsakleg frambrakt grunna spredefelta, som igjen er forårsaka av primære og sekundære amperevindingar. Då spredefelta er vekselfelt induserer dei sjølvinduktansspenningar som er proporsjonale med straumen i viklingane. Disse sjølvinduktansspenningane blir induktive spenningsfall som leggast saman geometrisk med det ohmske spenningsfallet til eit samla spenningsfall for transformatoren.

Når ein skal berekne på transformatorar er det ofte ein tek utgangspunktet i den ideelle transformator der virkningsgrada er lik 1. Dette vil igjen medføre at vi ser bort i frå spenningsfall og tap i transformatoren. Transformatoren sin yting er alltid oppgjeven i voltampere (VA).

1-fase trafo

$\frac{N_{1}}{N_{2}} = \frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{I_{2}}{I_{1}}$

$\text{Omset}tingsforhold = \ n = \frac{N_{1}}{N_{2}}\ \ \ \ \ \ n = \frac{U_{1}}{U_{2}}\ \ \ \ \ \ n = \frac{I_{2}}{I_{1}}$

$S = U * I\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ P = U * I * \cos\varphi$

---

Dersom virkningsgrada er 1:

Tilsynelatande effekt primært (S₁) = tilsynelatande effekt sekundært (S₂)
Aktiv effekt primært (P₁) = aktiv effekt sekundært (P₂)

Dersom ein må ta omsyn til virkningsgrad:

$S_{1} = \frac{S_{2}}{\eta}$

3-fase trafo

Ein 3-fase-trafo må vi kople i trekant eller stjerne, difor må vi nytte fasespenningane når vi bereknar.

$\frac{N_{1}}{N_{2}} = \frac{U_{1fase}}{U_{2fase}}$

$Omsettingsforhold = \ n = \frac{N_{1}}{N_{2}}\ \ \ \ \ n = \frac{U_{1fase}}{U_{2fase}}$

$S = U * I * \ \sqrt{3}$ $P = U * I * \cos\varphi * \ \sqrt{3}$

$S_{1} = \frac{S_{2}}{\eta}$

Spenningsfall i trafo

Spenningsfalla visast over høvesvis kortslutningsresistans (e_r), kortslutningsreaktans (e_x), og kortslutningsimpedans (e_z) ved merkestraum som relative eller prosentuelle verdiar referert til merkespenninga. Små transformatorar har større spenningsfall enn store transformatorar.

---

Tap i transformatorar

Dette tapet kan bereknast som konstant dersom det er kopla spenning til transformatoren. Tomgangstapet målast ved full spenning utan belasting ved merkefrekvens. Belastningstap består av straumvarmetap fordi straumen må flyte gjennom ein resistans i viklingane, samt såkalla tilleggstap som mellom anna skuldast lekfelt rundt viklingane. Tapet som utviklast ved belasting forandrar seg i sum proporsjonalt med belastinga i 2. potens.

Kopartapet skuldast resistansen i viklingane, og aukar kvadratisk med belastingsstraumen

$\mathrm{\Delta}P_{\text{cu}} = \ I^{2} * R$

Jerntap skuldast virvelstraumstap, hysteresetap og tap i spredefelt.

$\mathrm{\Delta}P = \ \mathrm{\Delta}P_{\text{jern}} + \ \mathrm{\Delta}P_{\text{cu}}$

---

Tapa i ein transformator kan bestemmast indirekte ved å utføre to prøvar før ein set transformatoren i drift:

• tomgangsprøve, bestemmer jerntapa
• kortslutningsprøve, bestemmer kopartapa

Tomgangsprøve

Straumen tilførast transformatoren frå ein variac (auto trafo) der ein får den ønska spenning tilpassa transformatoren. Vanlegvis ved denne prøva så tilfører ein spenninga på lavspenningssida dersom det er slik at den høgaste spenninga er over 230 V.

Amperemeteret vil no måle tomgangsstraumen (I₀), medan wattmeteret vil måle tomgangstapet $\mathrm{\Delta}P_{0}$. Den tilførte effekt som vi kan lese av på wattmeteret er då lik jerntap og viklingstap, og disse to tapa er forårsaka av tomgangsstraumen. Viklingstap er kopartap

i den viklinga som får tilført straumen I₀, men denne er svært liten og difor kan vi sjå bort i frå kopartap. Altså den effekten vi les av i wattmeteret er effekten som tilsvarar transformatoren sitt jerntap i watt, dette vil igjen seie at transformatoren blir varm.

Tomgangsstraumen (I₀) kan vi sette saman av to straumkomponentar beståande av ein aktiv straumkomponent og ein reaktiv straumkomponent. Den aktive straumkomponenten (Ia) er svært liten og skuldast tap i trafojernet og i koparviklinga. Den reaktive straumkomponenten (Iq) skapar feltet eller fluksen (φ), som igjen vil skape den induserte spenninga i viklingane (E1) og (E2).

Vi kan også bestemme tapa direkte ved å måle tilført effekt og avgjeven effekt og så ta differansen.

---

Kortslutningsprøve

Ved kortslutningsprøva tilkoplast primærsida ein variac der vi kan regulere spenninga inn på transformatoren. Sekundærsida vert kortslutta med hjelp av laskar eller leidningar. Oppkoplinga av kortslutningsprøva er vist i figuren under.

Normalt leggast kortslutninga på lavspentsida, og spenninga og straumen tilførast høgspenningssida. Transformatoren skal no tilførast ei redusert spenning for å oppnå ein straum i amperemeteret som skal tilsvare transformatoren sin merkestraum ved full last. Merkestraumen er den same som nominell straumverdi.

Den tilførte effekten som no kan lesast av i wattmeteret kallast for kortslutningstapet eller viklingstapet. Dette tapet utgjer kopartapet i transformatoren når den går fullasta.

Den spenninga som skal til for å oppretthalde den nominelle straumen til transformatoren under denne prøva kallast for kortslutningsspenninga og kan avlesast på voltmeteret. Heile denne spenninga går med til å dekke spenningsfalla i transformatoren.

$U_{k} = kortslutningsspenninga$

Kortslutningsspenninga vert som regel oppgjeven i prosent og den er berre nokon få prosent av den nominelle primærspenninga. Når den blir oppgjeven i prosent kallast den for «den prosentuelle kortslutningsspenninga».

Den prosentuelle kortslutningsspenninga:

$\in \ = \frac{U_{k}}{U_{1N}} * 100\%$

---

Kjøling og kjølesystem

Belasting / omgjevnadstemperatur

Transformatoren sin merkeeffekt er referert til ein maksimal omgjevnadstemperatur (t_a maks), ofte 40°C eller 45°C. Dette er den maksimale temperaturen der transformatoren har dei oppgjevne eigenskapar og kan levere sin oppgjevne effekt. Ved høgare omgjevnadstemperatur må belastinga reduserast. Motsett vil ein kunne belaste transformatoren litt meir ved lavare temperatur enn t_a maks. Det er difor viktig å ta omsyn til om transformatoren skal monterast i til dømes eit tett skap saman med andre varmeavgivande apparat eller om den skal plasserast med moglegheit for ventilasjon.

Nedanstående kurve viser transformatoreffekt/-merkeeffekt som funksjon av omgjevnadstemperatur for dei to vanlegaste isolasjonsklassane, klasse B (130°C) og klasse F (155°C).

Døme ut ifrå kurven:

---

Kurven viser transformatoreffekt/-merkeeffekt som funksjon av omgjevnadstemperatur for dei to vanlegaste isolasjonsklassane, klasse B (130°C) og klasse F (155°C).

---

Oppbygging / Valg av materiale

Transformatorkjerna er ofte bygd opp av jern eller ferritt. På større transformatorar består jernkjerna av særs tynne (0,3mm) kaldvalsa laminerte blikkplater, isolert frå kvarandre med eit isolerande stoff som tåler temperaturar over 800ºC. I mindre transformatorar nyttast også bandkjerner, pulverkjerner eller ferrittkjerner. Det finst mange typar blikkvalitetar med forskjellige parameter. Blikk med høgare kvalitet er dyrare, difor bør blikkvaliteten vurderast nøye ut ifrå frekvens, jerntap, byggjestørelse mm.

På større transformatorkjerner skråklippast vanlegvis hjørna i 45º vinkel for å redusere tapa og tomgangsstraumen. I tillegg blir kjernetverrsnittet laga tilnærma ein sirkel. For å halde saman platene kan ein nytte isolasjonsband, boltar i åket eller lim, alt etter transformatoren sin størelse. Kjerna og stålkonstruksjonen har ved aktuelt temperaturområde nærast ubegrensa levetid. Viklingane består som regel av spolar av isolerte kopar eller aluminiums leiarar som plasserast med ulike metodar på transformatorar sine bein.

Valg av kopar eller aluminiums leiarar skjer under konstruksjonsprosessen. Dette velgast avhengig av bruksområde, tekniske krav og størelse på transformatoren. Aluminium er mest vanleg ved store effektar dersom det skal nyttast folievikling. Aluminium krev større tverrsnitt enn kopar, noko som vil auke størelsen på transformatorkjerna med 5–8%.

Den delen av transformatoren som er mest sårbar er isolasjonsmaterialane. Dette er materialar som plasserast mellom viklingane, og mellom viklingane og transformatorkjerna. Isolasjonsmaterialane består av organiske stoff som papir, bomull, presspan, plast etc. og er stoff som med tida blir sprø og får redusert mekanisk haldfastheit. Presspan er ein spesiell papp, sammenpressa av spesialbehandla cellulose, til enkelte behov også iblanda bomullsfibrar. Denne mekaniske nedbrytinga av isolasjonen kan til slutt øydelegge transformatoren. Disse nedbrytande prosessane påvirkast av spenning, temperatur, fukt og øvrige driftsforhold.

For å gi transformatorar eit akseptabelt støynivå, samt auke isolasjonsevna (og dermed levetida), kan heile transformatoren impregnerast i ein lakk. Dette skjer enten ved dypp- impregnering eller vakuum- impregnering, luft eller varmeherdande. Ei anna moglegheit er å støype transformatoren inn i ein plastmasse, t.d. polyuretan.

---

Skilletransformator

Felles for slike transformatorar er at dei frambringar "eit nytt nett" der alle eventuelle jordfeil på forsyningssida er eliminert på sekundærsida.

Teikninga viser ein Noratel transformator med 2-kammer spoleform. Her ser vi tydeleg at det er to skilde viklingar (skille-/isolertransformator). I tillegg er det isolasjon utanpå dei delar av viklinga som jernkjerna omsluttar. Dette nyttast ofte på klasse II transformatorar som forsterka isolasjon.

---

Koplingsskjema 3-fase transformator. Primær og sekundær viklingane er galvanisk skilde.

Disse må koplast i stjerne eller trekant.

Isolertransformator

---

Autotransformator

I Norge har vi 3-fase 230 Volt distribusjonsnett, eit såkalla IT-nett. I praksis betyr det eit nett der alle fas­ar er isolert frå jord. Det er berre Norge og Albania som har slike distribusjonsnett.

Resten av Europa nyttar eit såkalla TN-nett - eit 3-fase-nett der N-leiar (stjernepunktet) er kort­slutta mot jord. Alle 1-fase-kursar (230 Volt) blir tekne ut mellom N-leiar og ein av fasane. Dermed er altså ein av fasane kortslutta til jord.

Å legge ein fase til jord vil bety katastrofe i høve til jordfeilproblem på eit norsk nett.

Dersom vi tenkjer autotransformator 3 x 230 / 3 x 400 Volt får vi følgjande situasjon:

Ein autotransformator består av kun ei vikling pr. fase, - det betyr at det er full "gjennomgang" på alle fasar frå 230 - 400 Volt.

Ved "korrekt installasjon" av TN-S-nett skal N-leiar jordast, noko som betyr at alle fasar inn/ut av auto­transformatoren får direkte kopling mot jord.

I Norge vil dermed E-verket registrere jordfeil på alle 1-fase-nett kopla mot autotransformatoren.

Det finst berre ei mogleg løysing for å unngå slike problem - Isolertransformator.

---

Skilletransformator (Isolertransformator)

Ein autotransformator kan ikkje nyttast dersom det er aktuelt å endre frå IT- til TN-nett / eller omvendt.

Teoretisk kan ein tenkje at ein elektrisk motor kun har behov for 3-fasar 400 Volt. I så fall ingen styring/over­våking basert på 230 Volt 1-fase straumtilførsel, til dømes ingen kontaktor for start.

I Europa nyttast det ofte autotransformatorar - fordi alle installasjonar er basert på TN-S nett.

Dette medfører at mange maskiner/utstyr for 400 Volt vert levert frå Europa til Norge saman med ein autotransformator for å tilpasse 3x230 Volt.

Vår erfaring er at ingen ute i Europa har kunnskapar om 3x230 Volt IT-nett, og dermed kan det ofte opp­stå farlege situasjonar.

Norske nett opplever store og kostbare problem med jordfeil, og E-verka ser store fordelar i å in­stallere isolertransformatorer der det er fornuftig.

Målet er på denne måten å forsøke å redusere antal jordfeil, og på den måten unngå ulukker som brann og elektriske støt som kan få dramatiske følgjer.

Straumtransformator

---

Forskjellen mellom straum- og spennings­transformator

I motsetning til ein spenningstransformator, der ein opererar med konstant spenning, har ein ved straumtransformatorar ein konstant straum. Det betyr at straumen vil vere (tilnærma) konstant sjølv om ein varierar belastinga, i motsetning til ein spenning­stransformator, der utgangsstraumen aukar når belast­inga aukar.

Faktum er at ein kan kortslutte utgangen på ein straumtransformator utan at det har nokon konsekvensar. Straumen er uansett konstant. Faktisk er straumtrans­formatoren i ein tomgangssituasjon når den har kort­slutta utgang. Dette er det stikk motsette av ein spen­ningstransformator, som er i ein tomgangssituasjon når sekundærklemmene er åpne (ingen tilkopling). Dei fleste som har litt kjennskap til straum, er sikkert klar over kva som vil skje om ein kortsluttar utgangen på ein spen­ningstransformator. Ettersom spenningstransformato­ren prøvar å oppretthalde sin konstante spenning ut, vil straumen auke voldsomt, og dersom det ikkje er ein sikring som løyser ut, vil spenningstransformatoren raskt gå varm og «brenne opp». Her ligg den største prak­tiske forskjellen mellom dei to transformatortypane.

Byrde og overstraumsiffer

Straumtransformatoren er altså i tomgang når vi kort­sluttar utgangen. For å belaste den må vi erstatte ko­rtslutninga med ei belasting i form av ei motstand. I terminologien for straumtransformatorar kallast belast­inga for ein «byrde». (Ein tilkoplar ein byrde og ikkje ein belasting). Byrden oppgjevast i VA. Ettersom straumen er konstant, vil byrden auke med aukande motstand.

Byrden blir då 5 V x 5 A = 25V A. Dersom ein aukar mot­standen i byrden til 2,0 ohm, aukar spenninga over byrden til 10 V og byrden blir då 10 V x 5 A = 50 VA.

Fortset ein å auke motstanden i byrden, vil spennin­ga over byrden auke i takt og straumtransformatoren vil etter kvart gå i metning. (Spenninga på sekundær­sida, over byrden, avspeglar også spenningsforholdet på primærsida, og straumtransformatoren vil gå i metning på same måte som ein spenningstransformator når primærspenninga blir for høg).

Det som då skjer, er at transforma­toren køyrast inn og ut av djup metning for kvar periode av straumen, og det induserast svært høge spenning­spulsar over sekundærklemmene. I tillegg til å kunne øydelegge isolasjonen i transformatoren vil disse høge spenningstransientane også kunne vere livsfarlege for personar som måtte komme i kontakt med terminalane.

Difor er regelen:

Ein straumtransformator som ikkje har sin nominelle byrde tilkopla skal ha sekundærklemmene kortslutta.

Normalt skal ikkje ein straumtransformator gå i metning ved nominell straum og nominell byrde, og det er difor viktig at ein tek omsyn til metningspunk­tet når ein konstruerar denne type transformatorar. Det som skjer når ein straumtransformator går i metning er at ei auke i primærstraumen ikkje korrekt trans­formerast over til sekundærsida. (Det oppstår ein auka transformeringsfeil.) Dette er ein situasjon som oppstår gradvis ettersom ein bevegar seg inn i metningsområ­det, og det er eit definisjonsspørsmål når ein reknar at transformatoren har gått i metning. Ofte definerar ein metningspunktet til der transformeringsfeilen har auka til 10%.

Hvis vi ser grovt på det, har vi to typar straumtransfor­matorer: Måletransformatorar og relétransforma­torar. Disse konstruerast ulikt når det gjeld met­ningspunktet. Ein måletransformator er normalt tilkopla måleinstrument av eit eller anna slag for å registrere og måle straumverdiane innan transformatoren sitt arbeidsområde, som normalt er innanfor 5%-120% av nominelt angjeven straum. Dersom det skulle skje ein feil slik at straumen på primærsida aukar utover den nominelle ver­dien, vil denne straumauken også bli transformert til sekundærsida der måleinstrumenta er tilkopla. Vert straumauken for stor vil den kunne øydelegge in­strumenta. Ved å lage straumtransformatoren slik at den går i metning før sekundærstraumen blir øydeleggande, kan ein verne instrumenta.

La oss anta at straumtrafoen på 1000/5A, nemnd ovanfor, er klasse 1,0 og har ein nominell byrde på 25 VA og at det er ønskjeleg at trafoen skal gå i metning før strau­men har auka 5 gangar (ein maksimumsverdi), altså før sekundærstraumen har auka til 5 A x 5 = 25 A. Då må transformatoren konstruerast slik at den går i metning før spenninga over byrden blir 25 V. (25 A x 1,0 ohm = 25V). Dette vert anmerka på følgjande måte i spesifikasjonen: 1000/5A 25 VA kl.1,0 Fs5

I motsetning til ein måletransformator, vert ein relé­transformator normalt kopla til ei utrustiing med eit vernerelé som skal tre i funksjon dersom det skjer ein feil/kortslutning i straumnettet. Ein slik feil kan vere opphav til svært store straumar, og det er vik­tig at transformatoren ikkje går i metning før den har utløyst vernereléet. Av den grunn opplyser ein for relétransformatorar kor mange gangar nominell straum dei skal tåle før dei går i metning (ein minimumsverdi). La oss gå ut frå at vår trafo på 1000/5 A 25 VA hadde vore ein relétransformator som vi ønska først skulle gå i metning ved meir enn 20 gangar nominell straum (5 A x 20 = 100 A). Då ville spesifikasjonen kunne sjå ut som følger: 1000/5A 25VA kl.5P20

I dette høvet må transformatoren konstruerast slik at den først går i metning ved ei spenning over byrden på meir enn 100V (100A x 1,0 ohm = 100V)

Dei oppgjevne grenseverdiane for forholdet mellom nom­inell straum og metningsstraum kallast generelt for «over­straumsiffer». På engelsk nyttast uttrykket ALF (Accuracy Limiting Factor).

For relétransformatorar skal det alltid vere opplyst om over­straumsiffer i spesifikasjonen.

Skal du tinge ein straumtrafo må leverandøren vite:

• Ønska omsettingsforhold – primærstraum og sekundærstraum (t.d. 500 A / 5 A).
• Senterhol i transformatoren / dimensjon på primærleiaren – skal det nyttast skinne eller kabel? (døme: skinne 10×50 mm eller innvendig diameter > 50 mm).
• Ønska belasting (effekt) (VA) og nøyaktigheitsklasse.
  (Døme: 20 VA, klasse 0.5 – se IEC 60044–1).
• Overstraums faktor må opplysast om for reletrafoar og kan oppgjevast for måletrafoar.
• Avstand mellom primærleiarar i eit 3-fase system
• Dersom spesielle festeløysingar ønskast (t.d. festeskruar, DIN-skinnefester osv).
• Spesifiser om det er ein måletransformator eller ein reletransformator (dette framgår ofte av den oppgjevne klassemerkinga).

Minimum spesifikasjon av straumtrafoar:

Ein minimumsspesifikasjon for ein reletransformator med omsettingsforhold 1000 A til 5 A, belasting 30 VA, nøyaktigheitsklasse 5 %, overstraumsfaktor 20 (20 ganger merkestraum) og senterhol med min. 50 mm diameter, kan formulerast slik:

1000/5A 30VA kl.5 P20 ID>50mm

Ein tilsvarande spesifikasjon for ein måletransformator i ein vindaugstransformator-applikasjon, med forhold 400 A til 5 A, belasting 10 VA, nøyaktigheitsklasse 0,5 %, overstraumsfaktor 5 (5 gangar merkestraum) og senterhol med min. diameter 30 mm, kan sjå slik ut:

400/5A 10VA kl.0,5 Fs5 ID>30mm

Nøyaktigheitsklassar

I tillegg til byrde i VA og eventuelt merking av over­straumsiffer skal spesifikasjonen for ein straumtransfor­mator alltid innehalde merking av nøyaktigheitsklassen. Definisjonen av dei ulike nøyaktigheitsklassane er opplyst om i IEC 60044–1.

For relétransformatorar finst det to nøyaktigheitsklassar: Klasse 5P og klasse 10P. Disse er opplyst om framfor overstraum­sifferet. Til dømes slik: 1000/5A 30VA kl.5P20.

Vernetransformator

SELV:

SELV skildrar ei spenning som ikkje overstig 50 VAC eller 120 VDC (rippelfri) mellom leiarar, eller mellom einkvar leiar og jord i ein straumkrets som er isolert frå nettspenninga med ein vernetransformator. Med "rippelfri" meinast normalt ein RMS rippel spenning med ikkje meir enn 10% av DC komponenten.

SELV-straumkrets:

Skildrar ein ekstra-lavspenningskrets med beskyttande skille frå andre kretsar, og som ikkje har eller krev nokon form for jordingstilkopling.

PELV-straumkrets:

Skildrar ein ekstra-lavspenningskrets med beskyttande skille frå andre kretsar, og som grunna funksjonelle årsaker skal ha jordingstilkopling.

FELV-straumkrets:

Ein ekstra-lavspenningskrets som av funksjonelle årsaker ikkje oppfyller krava for SELV eller PELV.

Tryggleiksklassar for transformatorar

Dette er ei skildring av tryggleiksklassar (verneklassar) for elektrisk utstyr, og i dette høvet transformatorar, definert i samsvar med IEC 61140 (og beslekta standardar som EN 61558 for transformatorar).

Disse klassane opplyser om korleis vern mot elektrisk støt er oppnådd, og dei gjeld for alt elektrisk utstyr – ikkje berre transformatorar – og skildrar korleis brukaren er beskytta ved ein isolasjonssvikt.

Tryggleiksklassar for vern mot elektrisk støt:

Klasse	Skildring
Klasse I	Vern basert på grunnisolasjon og ei vernejording. Dersom isolasjonen sviktar, skal ei jorda kapsling leie straumen bort via jordleiar.
Klasse II	Vern ved dobbel eller forsterka isolasjon. Inga jordtilkopling er nødvendig eller tillate. Ein slik transformator har eit dobbelt lag med isolasjon mellom straumførande delar og berørbare delar.
Klasse III	Vern basert på at utgangen er ein SELV-krets (Safety Extra Low Voltage), maks 50 VAC eller 120 VDC. Inga jordtilkopling er nødvendig. Heile systemet haldast på eit trygt spenningsnivå.

Disse klassane har ikkje direkte med isolasjon mellom primær og sekundær vikling å gjere, men heller korleis heale konstruksjonen beskyttar menneske mot elektrisk støt.

Relevante standardar:

• IEC 61140 – Vern mot elektrisk støt
• EN/IEC 61558 – Tryggleik for transformatorar, kraftforsyningar m.m.
• IEC 60364 – Lavspenningsinstallasjonar, for klassifisering av forsyningssystem og jordingsmåtar.

Transformatoren sine merkeverdiar

IP beskyttelsesgradar

Tilleggsbokstav

Ein eventuell tilleggsbokstav opplyser om vern av personell mot direkte kontakt med straumførande delar.

(Når det faktiske personvernet mot direkte kontakt med straumførande delar er betre enn det som angjevast av det første talet).

A - Med handa si bakside (Ø 50mm).

B - Med fingeren (Ø 12mm, L=80mm).

C - Med eit Ø 2,5mm, L=100mm reiskap.

D - Med ein Ø 1mm, L=100mm leidning.

---

Definisjonar

Transformator

Autotransformator

Skilletransformator

Isolertransformator

Vernetransformator

---

Måletransformator

SELV

SELV skildrar ei spenning som ikkje overstig 50 VAC eller 120 VDC (rippelfri) mellom leiarar, eller mellom einkvar leiar og jord i ein straumkrets som er isolert frå nettspenninga med ein vernetransformator.

Transformator tryggleiksklassar

Transformatoren sine merkeverdiar

Døme på berekning av einfase trafo

Løysingsforslag

a)

$n = \frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{400}{230} = 1,74$
$n = \frac{N_{1}}{N_{2}}\ \ \ \ \rightarrow \ \ \ \ \ N_{2} = \frac{N_{1}}{n} = \frac{600}{1,74} =$ = $\underline{\underline{345\ vindingar}}$

b)

$P_{2} = \ S_{2} * \cos{\varphi\ } = 60 * 0,91$= $\underline{\underline{54,6 W}}$ $\cos\varphi = 0,91\ \rightarrow \sin\varphi = \underline{\underline{0,415}}$

$Q_{2} = \ S_{2} * \sin\varphi = 60 * 0,415$= $\underline{\underline{24,9\ VAr}}$

c)

$S_{1} = \frac{S_{2}}{\eta} = \frac{60}{0,95} =$ $\underline{\underline{63,16\ VA}}$

$P_{1} = \ S_{1} * \cos\text{φ\ } = 63,16 * 0,91 $= $\underline{\underline{57,48}}$ W

$Q_{1} = \ S_{1} * \sin\varphi = 63,16 * 0,415$= $\underline{\underline{26,21\ VAr}}$

d)

$I_{h1} = \frac{S_{1}}{U_{1}} = \frac{63,16}{400} =$ $\underline{\underline{0,16\ A}}$

$I_{h2} = \frac{S_{2}}{U_{2}} = \frac{60}{230} =$ $\underline{\underline{0,26\ A}}$

---

Noratel – FR trafo

Innkapsla einfasa skilletransformator, konstruert og testa i samsvar med EN61558–2-4.
FR-transformatorane har separate isolerte viklingar, er støypt i sjølvsløkkjande polyuretan og innkapsla i plast. For fast installasjon, enkel og rask montering i skap eller tavler. Produsert i samsvar med krav fra DNV, Lloyd's Register of Shipping og Bureau Veritas, som inkluderer omgjevnadstemperatur på 45 °C. Konstruksjonsklasse II. Modellane FR60B, FR78B og FR84B leverast med integrert, valgfritt DIN-skinnefeste. Beskytta mot utilsikta berøring, konstruert for montering i skap eller tavler.
Industriell skilletransformator berekna for installasjon i prosessindustri, skipsbygging og tavler. Eigna for installasjonar som krev beskyttande skille mellom inn- og utgang.

Døme på berekning av trefase trafo

Løysingsforslag

a)

$S_{1} = \ \sqrt{3} * U_{1} * I_{1} = \ \sqrt{3} * 3300 * 10 =\underline{57158\ VA}$

$S_{2} = \ S_{1} * \eta = 57158 * 0,95 = \underline{54300 VA} = \underline{\underline{54,300\ kVA}}$

$P_{2} = \ \sqrt{3} * U * I * \cos\varphi = \ S_{2} * \cos\varphi = 54,300 * 0,91 = \underline{\underline{49,413\ kW}}$

b)

$Y - \ I_{1fase} = \frac{I_{h1}}{\sqrt{}3} = \frac{10}{\sqrt{}3} = \underline{ \underline{5,77\ A}}$
$Y - U_{1\ fase} = U_{1\ h} = \underline{ \underline{3300\ V}}$

c)

$\mathrm{\Delta} - I_{2h} = \frac{P_{2}}{\sqrt{3} * U_{2} * \cos\varphi} = \frac{49413}{\sqrt{3} * 400 * 0,91} = \underline{ \underline{78,36\ A}}$
$\mathrm{\Delta} - \ U_{2\ fase} = \frac{U_{2h}}{\sqrt{3}} = \frac{400}{\sqrt{3}} = \underline{ \underline{230,94\ V}}$

d)

$n = \frac{U_{1\ fase}}{U_{2\ fase}} = \frac{3300}{230,94} = \underline{ \underline{14,29 \approx 14}}$

Noratel type 3LT-AFWF

Noratel introduserer ein helt ny serie transformatorar med vannkjølte kapslingsløysingar for distribusjons- og omform-transformatorar, både lav- og mellomspenning.
AFWF-designet byggjer på velprøvd teknologi, med Noratel si vekt på høg grad av tilpassing for fleksible mekaniske løysingar og enkel installasjon på staden.

AFWF-designet transporterer varmetap effektivt bort frå transformatoren og omgivelsane, slik at ein stabil omgjevnadstemperatur oppretthaldast uavhengig av plassering eller årstid.
Designet reduserer også behovet for kjøleeffekt frå omgivelsane.

Bruksområder

Typiske bruksområder er skipsbygging, offshore og prosessindustri, der det stillast krav til lav varmeutvikling fra omgivelsane.

Tekniske detaljar

• Konstruert i samsvar med IEC60726 og IEC60076-standardar – CE-merka
• Isolasjonsklasse F/H
• Lavt støynivå
• Standard effektar frå 400 kVA til 5000 kVA, andre størelsar på førespurnad
• Spenningsområde opp til 12 kV
• AFWF-design
• Ferskvannskjølar (maks 38 °C på tilført vatn)
• Lekkasjesikring, vatnmålar og PT100-sensorar i både transformator og kapsla luftrom
• Kabelinnføring frå botnen eller tilpassast etter ønskje
• Effektiv viftebasert radiator-kjøling – opptil 30 % auka yting
• Radiatorkjølarar med enkelt- eller dobbeltkjølerøyr
• Driftsspenning til internbruk takast frå hovudtransformator eller integrert styrestraumtransformator
• Design basert på 5 standard kapslingsstørelsar