Regulace napětí transformátoru

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 15. července 2020; kontroly vyžadují 3 úpravy .

Regulace napětí transformátoru  - změna počtu závitů vinutí transformátoru . Slouží k udržení normální úrovně napětí pro spotřebitele elektřiny.

Většina výkonových transformátorů [1] je vybavena nějakým zařízením pro úpravu transformačního poměru přidáním nebo odebráním počtu závitů.

Nastavení lze provést pomocí číselného spínače transformátoru při zatížení nebo volbou polohy šroubového spojení, když je transformátor bez napětí a uzemněn.

Stupeň složitosti systému se spínačem s počtem závitů je určen frekvencí , s jakou musí být závity spínány, a také velikostí a odpovědností transformátoru.

Aplikace

V závislosti na zatížení elektrické sítě se mění její napětí. Pro normální provoz spotřebitelských elektrických přijímačů je nutné, aby se napětí neodchýlilo od dané úrovně více, než jsou přípustné meze, a proto se používají různé způsoby regulace napětí v síti. Jedním ze způsobů je změna poměru počtu závitů vinutí primárního a sekundárního obvodu transformátoru (transformační poměr), od r.

Podle toho, zda k tomu dojde během provozu transformátoru nebo po jeho odpojení od sítě , se rozlišuje „nebuzené spínání“ (PBV) a „regulace pod zátěží“ (OLTC). V obou případech jsou vinutí transformátoru vyrobena s odbočkami, přepínáním mezi nimi lze měnit transformační poměr transformátoru.

Spínání bez zátěže

Tento typ spínání se používá při sezónním spínání, protože jde o odpojení transformátoru od sítě, což nelze provádět pravidelně, aniž by spotřebitelé byli zbaveni elektřiny. PMB umožňuje měnit transformační poměr v rozsahu od -5 % do +5 %. Na transformátorech malého výkonu se provádí pomocí dvou větví, na transformátorech středního a velkého výkonu pomocí čtyř větví po 2,5 % [2] .

Větve se nejčastěji provádějí na straně, na které se během provozu mění napětí. To je obvykle strana vysokého napětí. Implementace odboček na straně vyššího napětí má také výhodu, že díky většímu počtu závitů lze s větší přesností provést volbu ±2,5 % a ±5 % počtu závitů. Navíc na straně vyššího napětí je síla proudu menší a spínač je kompaktnější [3] . Zároveň je třeba poznamenat, že u snižovacích transformátorů (napájení je napájeno ze strany vinutí vyššího napětí) bude regulace napětí doprovázena změnou magnetického toku v magnetickém obvodu. V normálním režimu je tato změna zanedbatelná.

Regulace napětí přepínáním počtu závitů vinutí na straně napájení a na straně zátěže má různorodou podobu: při regulaci napětí změnou počtu závitů na straně zátěže je pro zvýšení napětí nutné zvýšit počet závitů (protože napětí je úměrné počtu závitů), ale při regulaci ze strany napájení je pro zvýšení napětí na zátěži nutné snížit počet závitů (je to způsobeno tím, že síťové napětí je vyváženo EMF primárního vinutí a pro jeho snížení je nutné snížit počet závitů).

Při spínání odboček vinutí s odpojeným transformátorem je spínací zařízení jednodušší a levnější, spínání je však spojeno s přerušením napájení spotřebitelů a nelze jej často provádět. Proto se tato metoda používá především ke korekci sekundárního napětí síťových snižovacích transformátorů v závislosti na úrovni primárního napětí v daném úseku sítě vlivem sezónních změn zatížení [3] .

Přepínače pro počet otáček bez zatížení

Nenapájený otočný spínač má poměrně jednoduché zařízení, které zajišťuje připojení k vybranému spínači počtu závitů vinutí. Jak název napovídá, je navržen tak, aby fungoval pouze při vypnutém transformátoru. Právě tento typ vypínače má druhý, slangový název – „antsapf“ (německy Anzapfen – odebrat, vybrat) [4] .

Pro snížení a stabilizaci přechodového odporu kontaktů je na ně udržován tlak pomocí speciálního pružinového zařízení, které může v určitých situacích způsobit vibrace. Pokud je přepínač počtu závitů bez buzení ve stejné poloze několik let, pak se přechodový odpor může pomalu zvyšovat v důsledku oxidace materiálu v místě kontaktu (protože měď nebo slitiny na bázi mědi (mosaz) jsou více často používaný jako materiál kontaktu, jehož oxidy mají dostatečně vysoký elektrický odpor a chemickou odolnost) a postupné zahřívání kontaktu, které vede k rozkladu oleje a usazování pyrolytického uhlíku na kontaktech, což kontakt dále zvyšuje odpor a snižuje stupeň chlazení, což vede k místnímu přehřátí. Tento proces může nastat v lavině. Nakonec dochází k nekontrolované situaci, která vede k činnosti plynové ochrany (v důsledku plynů, které se objevují při rozkladu ropy v místech lokálního přehřátí) nebo dokonce k povrchovému rozpadu podél pevných produktů rozkladu ropy, které se usadily na izolace. Personál podniku obsluhující transformátory vybavené převodníkem transformačního poměru PBV (spínač bez buzení) musí minimálně 2x ročně před nástupem zimního maximálního zatížení a letního minimálního zatížení zkontrolovat správné nastavení transformačního poměru [5] . V tomto případě je nutné, aby byl počet závitů přepnut ve stavu odpojeném od sítě, s přepínačem přepnutým do všech poloh - tento cyklus je nutné několikrát opakovat, aby se odstranily oxidové filmy z povrchu kontaktu a vrátil se zpět do zadaná poloha [6] . Pro kontrolu kvality kontaktů se měří odpor stejnosměrných vinutí. "Přeprava silových transformátorů, vykládka, skladování, instalace a uvedení do provozu SPO a I Soyuztekhenergo, Moskva" 1981. Výše uvedené operace se provádějí i v případě, že byl transformátor delší dobu vypnut a znovu uveden do provozu.

Regulace zátěže

Tento typ spínání se používá pro provozní spínání spojené s neustálou změnou zátěže (např. zátěž sítě bude rozdílná ve dne a v noci). V závislosti na napětí a výkonu transformátoru může přepínač odboček měnit hodnotu transformačního poměru v rozsahu od ±10 do ±16 % (cca 1,5 % na větev). Regulace se provádí na straně vysokého napětí, protože proudová síla je zde menší, a proto je přepínač odboček pod zatížením jednodušší a levnější. Regulaci lze provádět jak automaticky, tak ručně z dispečinku nebo dispečerského ovládacího panelu. Již v letech 1905-1920 byla vyvinuta zařízení pro regulaci napětí na transformátorech pod zátěží (OLTC). Princip regulace napětí takových zařízení je také založen na změně počtu závitů. Složitost implementace takových zařízení je:

Pro omezení proudu ve zkratovaných vinutích je nutné použít odpory omezující proud. Induktory (tlumivky) a rezistory se používají jako odpor omezující proud.

Přepínače odboček pod zatížením s tlumivkami omezujícími proud

Každý stupeň přepínače odboček s proudově omezující tlumivkou se skládá ze dvou stykačů a jedné tlumivky. V tomto případě se reaktor skládá ze dvou vinutí, ke každému z nich jsou připojeny stykače. V normálním režimu oba stykače sepnou stejný kontakt a proud vinutím prochází těmito dvěma paralelně zapojenými stykači a tlumivkou. Během spínací operace se jeden ze stykačů přepne na druhý kontakt (odpovídající požadovanému stupni ovládání). V tomto případě je část vinutí transformátoru zkratována - proud v tomto obvodu je omezen tlumivkou. Dále se na stejný kontakt převede další stykač, který převede transformátor na jiný stupeň regulace - tím je regulační operace ukončena.

Přepínače odboček pod zatížením s odpory omezujícími proud

Poměrně důležité zlepšení ve výkonu otočných spínačů při zatížení přišlo z vynálezu rychlého spouštěcího stykače, nazývaného podle vynálezce Janssenův princip. Z Jansenova principu vyplývá, že kontakty spínače jsou zatíženy pružinou a jsou přepínány z jedné polohy do druhé po velmi krátké době spojení mezi dvěma spínači na počet závitů přes odpor omezující proud.

Použití reaktoru je alternativou k Jansenově principu s rychlou spínací sekvencí a odpory. Naproti tomu u otočného spínače reaktorového typu je mnohem obtížnější přerušit cirkulující jalový proud a to dosti omezuje napěťový ráz, ale tento princip funguje dobře při relativně vysokých proudech. To je na rozdíl od rychlootočného odporového spínače, který je použitelný pro vyšší napětí, ale ne pro vysoké proudy. To má za následek, že spínač počtu závitů reaktoru je typicky v nízkonapěťové části transformátoru, zatímco spínač rezistoru je připojen k vysokonapěťové části.

U otočného spínače reaktorového typu jsou ztráty ve středu reaktoru v důsledku zatěžovacího proudu a superponovaného konvekčního proudu mezi dvěma zapojenými otočnými spínači malé a reaktor může být trvale v elektrickém obvodu mezi nimi. To slouží jako mezistupeň mezi dvěma spínači pro počet závitů a poskytuje dvakrát tolik pracovních poloh, než je počet spínačů pro počet závitů vinutí.

Od 70. let 20. století se používají otočné spínače s vakuovými spínači. Vakuové vypínače se vyznačují nízkou erozí kontaktů, což umožňuje spínačům s počtem otáček provádět více operací mezi povinnými údržbářskými pracemi. Nicméně design jako celek se stává složitějším.

Na trhu se také objevily experimentální spínače na počet závitů, ve kterých spínací funkci plní výkonové polovodičové prvky. Tyto modely mají také za cíl zkrátit prostoje při údržbě.

U otočných spínačů odporového typu je stykač umístěn uvnitř nádoby s olejem, která je oddělená od transformátorového oleje. Postupem času se olej v této nádobě velmi zašpiní a musí být izolován od olejového systému samotného transformátoru; musí mít samostatnou expanzní nádobu s vlastním odvzdušňovacím ventilem.

Zařízením pro přepínání počtu závitů je klec nebo izolační válec s řadou kontaktů, na které jsou připojeny spínače počtu závitů z ovládacího vinutí. Uvnitř klece se dvě kontaktní páky pohybují postupně přes ovládací vinutí. Obě páky jsou elektricky připojeny ke vstupním svorkám stykače. Jedna páka je v poloze aktivního přepínače počtu otáček a vede zátěžový proud a druhá páka je bez zátěže a volně se pohybuje k dalšímu přepínači počtu otáček. Kontakty spínacího zařízení nikdy nepřeruší elektrický proud a mohou být v oleji samotného transformátoru.

Automatická regulace napětí

Přepínač počtu otáček je instalován za účelem zajištění změny napětí ve vedeních připojených k transformátoru. Není nutné, aby cílem bylo vždy udržovat konstantní sekundární napětí na transformátoru. Nejčastěji dochází k poklesům napětí ve vnější síti - to je patrné zejména u zátěží s velkým dosahem a výkonů. Pro udržení jmenovitého napětí u vzdálených spotřebičů může být nutné zvýšit napětí na sekundárním vinutí transformátoru. Řídicí systém přepínače odboček pod zatížením se týká ochrany relé a automatizace stanice - přepínač počtu otáček přijímá pouze příkazy: zvýšení nebo snížení. Obvykle však funkce přizpůsobení transformačního poměru mezi různými transformátory ve stejné stanici souvisí se systémem přepínačů odboček pod zatížením. Při paralelním zapojení transformátorů se jejich otočné spínače musí pohybovat synchronně. K tomu je jeden z transformátorů vybrán jako vedoucí a ostatní jako podřízené, jejich řídicí systémy přepínačů odboček monitorují změnu převodového poměru transformátoru vedení. Obvykle synchronním spínáním počtu závitů dosáhnou vyloučení cirkulačních proudů mezi vinutími paralelních transformátorů (vzhledem k rozdílu sekundárních napětí paralelních transformátorů), i když v praxi v době odbočky pod zatížením provozu měniče stále vznikají cirkulační proudy v důsledku nesouladu při spínání, ale to je v určitých mezích povoleno.

Sériové řídicí transformátory (Booster transformátory)

Pro regulaci transformačního poměru výkonných transformátorů a autotransformátorů se někdy používají regulační transformátory (napěťové boostery), které jsou zapojeny do série s transformátorem a umožňují měnit jak napětí, tak fázi napětí. Vzhledem ke složitosti a vyšší ceně regulačních transformátorů se tento způsob regulace používá mnohem méně často.

Zdroje

  1. ↑ IEC 60076-1 "Výkonové transformátory"
  2. ↑ Rožkova L. D., Kozulin V. S. Elektrická zařízení stanic a měníren: Učebnice pro technické školy. - 3. vyd., revidováno. a doplňkové — M.: Energoatomizdat, 1987. — 648 s.: ill. BBK 31 277,1 R63
  3. ↑ 1 2 A. I. Voldek . Elektrická auta. - L., "Energie", 1974.
  4. ↑ L.A. a R.A. Eramus. Technický německo-ruský slovník. OZGIS 1931
  5. ↑ Pravidla pro technický provoz spotřebitelských elektroinstalací. Atomizdat , Moskva 1970
  6. ↑ Příručka transformátorů ABB

Literatura