Η εμφάνιση των πρώτων μετασχηματιστών αποτέλεσε πρωτοποριακή τεχνολογική εξέλιξη, καθώς η χρήση τους για τη μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας επέτρεψε στις μονάδες παραγωγής να βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση από τους καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας, ελαχιστοποιώντας τις απώλειες.
Άρθρο της κ. Σοφίας Σούλα*
Σήμερα σχεδόν το σύνολο της παγκόσμιας καταναλισκόμενης ηλεκτρικής ενέργειας «περνάει» από αρκετούς μετασχηματιστές μέχρι να φτάσει στον τελικό καταναλωτή. Τα τελευταία χρόνια η χρήση των μετασχηματιστών διευρύνθηκε: Εμφανίστηκαν νέοι τύποι μετασχηματιστών διατηρώντας τις βασικές αρχές λειτουργίας, με προσαρμογή στις απαιτήσεις του εκάστοτε κυκλώματος ή εγκατάστασης.
Όπως είναι γνωστό, κάθε προϊόν ηλεκτρονικού και ηλεκτρολογικού εξοπλισμού που διατίθεται στην ευρωπαϊκή αγορά, θα πρέπει να συμμορφώνεται με τις σχετικές ευρωπαϊκές Οδηγίες και Κανονισμούς και να φέρει τη σήμανση CE. Όσον αφορά τους μετασχηματιστές μέχρι 1.000V, αυτοί θα πρέπει, μεταξύ άλλων, να ελεγχθούν σύμφωνα με την Οδηγία χαμηλής τάσεως 2014/35/EU (Low Voltage Directive). Ενδεικτικά, κάποια εναρμονισμένα πρότυπα που εφαρμόζονται όσον αφορά την ηλεκτρική ασφάλεια είναι τα εξής:
- EN IEC 61558-1: Ασφάλεια μετασχηματιστών, τροφοδοτικών και συνδυασμοί αυτών – Μέρος 1: Γενικές απαιτήσεις και δοκιμές.
Αποτελεί το βασικότερο και πιο συχνά χρησιμοποιούμενο πρότυπο, καθώς περιλαμβάνει όλους τους μετασχηματιστές με ονομαστική τάση πρωτεύοντος έως 1.000 V και με συχνότητα έως 500 Hz. Στη σειρά προτύπων EN/IEC 61558 υπάρχουν και ειδικά πρότυπα που περιγράφουν επιπλέον απαιτήσεις ανάλογα με το είδος του μετασχηματιστή, όπως για παράδειγμα μετασχηματιστές απομόνωσης, μετασχηματιστές για ιατρική χρήση, αυτομετασχηματιστές, μετασχηματιστές για χρήση σε παιχνίδια κ.ά.
- EN 61869-1: Μετασχηματιστές οργάνων μέτρησης – Γενικές απαιτήσεις.
Και σε αυτή την περίπτωση μπορεί να υπάρχουν ειδικές απαιτήσεις ανάλογα με το είδος μετασχηματιστή. Για παράδειγμα, το πρότυπο ΕΝ 61892-2 εφαρμόζεται στην περίπτωση μετασχηματιστών ρεύματος για μετρητικά όργανα.
Για τους μετασχηματιστές μεγαλύτερης τάσης ή/και ισχύος, που χρησιμοποιούνται κυρίως στο σύστημα παραγωγής, μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, υπάρχει η σειρά προτύπων IEC 60076 που ορίζει τις σχετικές απαιτήσεις ασφαλείας.
Δοκιμές τύπου και ρουτίνας κατά EN IEC 61558-1
Οι κατασκευαστές μετασχηματιστών οφείλουν να εκτελούν δύο κατηγορίες δοκιμών στους μετασχηματιστές που διαθέτουν στην αγορά.
∆οκιμές τύπου: Είναι δοκιμές που απαιτείται να γίνουν από τον κατασκευαστή πριν από την κυκλοφορία του προϊόντος, προκειμένου να εξασφαλιστεί ότι καλύπτονται οι βασικές απαιτήσεις ασφαλείας. Συνήθως οι δοκιμές αυτές πραγματοποιούνται σε ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα και επαναλαμβάνονται μόνο εάν γίνουν κατασκευαστικές αλλαγές στο προϊόν, στον τρόπο παραγωγής ή στο πρότυπο.
Δοκιμές ρουτίνας: Οι δοκιμές ρουτίνας πραγματοποιούνται από τον κατασκευαστή στο 100% των παραχθέντων προϊόντων. Σκοπός αυτών των δοκιμών, οι οποίες είναι μη καταστροφικές, είναι να ελεγχθούν ορισμένες ουσιώδεις απαιτήσεις ασφαλείας χωρίς να επηρεαστούν τα λειτουργικά χαρακτηριστικά και η αξιοπιστία των μετασχηματιστών.
Ορισμένες από τις δοκιμές που περιγράφονται στο πρότυπο EN/IEC 61558-1 είναι οι παρακάτω:
- Μέτρηση τάσης και ρεύματος εξόδου με ονομαστικό φορτίο. Ανάλογα με το είδος του μετασχηματιστή, η μέγιστη επιτρεπόμενη απόκλιση τάσης εξόδου κυμαίνεται από 5 έως 15% της ονομαστικής.
- Μέτρηση τάσης βραχυκύκλωσης. Η συγκεκριμένη μέτρηση αφορά την τάση που πρέπει να εφαρμόσουμε στο πρωτεύον κύκλωμα, ώστε να έχουμε το ονομαστικό ρεύμα του μετασχηματιστή στο δευτερεύον. Η τάση βραχυκύκλωσης δεν θα πρέπει να διαφέρει περισσότερο από 20% από την αναγραφόμενη στη σήμανση του μετασχηματιστή (εφόσον υπάρχει).
- Δοκιμή αύξησης θερμοκρασίας. Όσον αφορά την αύξηση της θερμοκρασίας στα τυλίγματα του μετασχηματιστή, αυτή υπολογίζεται μέσω της μέτρησης της ωμικής αντίστασης των τυλιγμάτων, ενώ για το περίβλημα η μέτρηση γίνεται με χρήση θερμοζευγών.
- Μέτρηση αποστάσεων ερπυσμού και διακένων. Κατά τη διάρκεια αυτής της δοκιμής μετρούνται οι αποστάσεις μεταξύ μερών με τάση διαφορετικής πολικότητας ή μεταξύ μερών υπό τάση και αγώγιμων μερών που είναι προσβάσιμα από το χρήστη. Για παράδειγμα, πραγματοποιείται μέτρηση απόστασης ερπυσμού και διακένου από τα υπό τάση σημεία έως το μεταλλικό περίβλημα του μετασχηματιστή.
- Δοκιμή εισχώρησης νερού ή ξένων σωμάτων (IP σύμφωνα με ΕΝ 60529). Κατά τη διάρκεια της δοκιμής αυτής ελέγχεται o βαθμός προστασίας που παρέχεται έναντι της εισχώρησης στερεών αντικειμένων (συμπεριλαμβανομένων των τμημάτων του σώματος όπως τα χέρια και τα δάχτυλα), σκόνης και νερού.
- Διηλεκτρική αντοχή και αντίσταση μόνωσης. Σε αυτή τη δοκιμή αρχικά μετράται η αντίσταση μόνωσης σε διάφορα σημεία (όπως π.χ. ανάμεσα στο τύλιγμα εισόδου και εξόδου) εφαρμόζοντας τάση 500V dc. Στη συνέχεια ελέγχεται εάν θα έχουμε διάσπαση της μόνωσης εφαρμόζοντας τάση που μπορεί να φτάνει μέχρι τα 6.000V, ανάλογα με το είδος της μόνωσης και τα λοιπά χαρακτηριστικά του μετασχηματιστή.
Ecodesign
Από το 2014 οι μετασχηματιστές ονομαστικής ισχύος άνω του 1kVA οφείλουν να συμμορφώνονται, εκτός των άλλων, και με την οδηγία Ecodesign και συγκεκριμένα με τον Κανονισμό (ΕΕ) 548/2014 και την τροποποίηση (ΕΕ) 2017/1783. Στον Κανονισμό αυτό ορίζονται οι ελάχιστες απαιτήσεις ενεργειακής απόδοσης για μετασχηματιστές που χρησιμοποιούνται σε δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας ή σε βιομηχανικές εφαρμογές.
Η χρήση ενεργειακά αποδοτικότερων μετασχηματιστών υπολογίζεται ότι μπορεί να οδηγήσει σε εξοικονόμηση ενέργειας περίπου 16 TWh ετησίως. Αυτό ισοδυναμεί με 3,7 εκατομμύρια τόνους λιγότερες εκπομπές CO2 ετησίως ή με το ήμισυ της συνολικής ετήσιας κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας της Δανίας (32 TWh).
Προς το παρόν, για τον συγκεκριμένο Κανονισμό υπάρχουν τα δύο παρακάτω εναρμονισμένα πρότυπα:
- ΕΝ 50588-1: Μετασχηματιστές μέσης τάσης 50Hz με μέγιστη τάση 36kV – Μέρος 1 Γενικές απαιτήσεις.
- ΕΝ 50629: Ενεργειακή απόδοση μετασχηματιστών ισχύος ονομαστικής τάσης άνω των 36kV ή ονομαστικής ισχύος άνω των 40MVA ανεξαρτήτως τάσεως.
Αξιοπιστία μετρήσεων και δοκιμών
Η κρισιμότητα της ασφαλούς λειτουργίας των μετασχηματιστών καθιστά καίριας σημασίας την αξιοπιστία και την ποιότητα των μετρήσεων, είτε πρόκειται για δοκιμές ρουτίνας είτε για δοκιμές τύπου.
Στην περίπτωση των δοκιμών ρουτίνας ο κατασκευαστής θα πρέπει να εξασφαλίζει την ποιότητα των μετρήσεων που πραγματοποιεί, χρησιμοποιώντας διακριβωμένο μετρητικό εξοπλισμό και διαθέτοντας κατάλληλα εκπαιδευμένο προσωπικό.
Στην περίπτωση των δοκιμών τύπου συνίσταται η επιλογή κάποιου διαπιστευμένου εργαστηρίου κατά ISO /IEC 17025 για την πραγματοποίηση των δοκιμών, προκειμένου να εξασφαλιστούν η ποιότητα, η επαναληψιμότητα και η ιχνηλασιμότητα των μετρήσεων.
*Η κ. Σοφία Σούλα είναι ηλεκτρολόγος μηχανικός και μηχανικός υπολογιστών (απόφοιτη του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου) και προϊσταμένη εργαστηρίων της εταιρείας «Λαμπόρ Α.Ε.», η οποία έχει βασικό αντικείμενό της τις δοκιμές για την πιστοποίηση συσκευών, συστημάτων και εγκαταστάσεων σύμφωνα με τα εθνικά, ευρωπαϊκά και διεθνή πρότυπα.
