Регулирование напряжения трансформатора
Проблема состоит в том, что напряжение в электрической сети меняется в зависимости от ее нагруженности, в то время как для адекватной работы большинства потребителей электроэнергии необходимым условием является нахождение питающего напряжения в определенном диапазоне, чтобы оно не было бы выше или ниже определенных приемлемых границ.
Поэтому и нужны какие-то способы подстройки, регулирования, корректировки сетевого напряжения. Один из лучших способов — это изменение по мере надобности коэффициента трансформации путем уменьшения или увеличения числа витков в первичной или во вторичной обмотке трансформатора, в соответствии с известной формулой: U1/U2 = N1/N2.
Для регулировки напряжения на вторичных обмотках трансформаторов, с целью поддержания у потребителей правильной величины напряжения, — у некоторых трансформаторов предусмотрена возможность изменять соотношение витков, то есть корректировать таким образом в ту или иную сторону коэффициент трансформации.
Подавляющее большинство современных силовых трансформаторов оснащено специальными устройствами, позволяющими выполнять регулировку коэффициента трансформации, то есть добавлять или убавлять витки в обмотках.
Такая регулировка может выполняться либо прямо под нагрузкой, либо только тогда, когда трансформатор заземлен и полностью обесточен. В зависимости от значимости объекта, и от того, насколько часто необходимы данные регулировки, — встречаются более или менее сложные системы переключения витков в обмотках: осуществляющие ПБВ — «переключение без возбуждения» или РПН — «регулирование под нагрузкой». В обеих случаях обмотки трансформатора имеют ответвления, между которыми и происходит переключение.
Переключение без возбуждения
Переключение без возбуждения выполняют от сезона — к сезону, это плановые сезонные переключения витков, когда трансформатор выводится из эксплуатации, что конечно не получилось бы делать часто. Коэффициент трансформации изменяют, делают больше или меньше в пределах 5%.
На мощных трансформаторах переключение выполняется с помощью четырех ответвлений, на маломощных — при помощи всего двух. Данный тип переключения сопряжен с прерыванием электроснабжения потребителей, поэтому и выполняется он достаточно редко.
Зачастую ответвления сделаны на стороне высшего напряжения, где витков больше и корректировка получается более точной, к тому же ток там меньше, переключатель выходит компактнее. Изменение магнитного потока в момент такого переключения витков на понижающем трансформаторе очень незначительно.
Если требуется повысить напряжение на стороне низшего напряжения понижающего трансформатора, то витков на первичной обмотке убавляют, если требуется понизить — прибавляют. Если же регулировка происходит на стороне нагрузки, то для повышения напряжения витков на вторичной обмотке прибавляют, а для понижения — убавляют. Переключатель, применяемый на обесточенном трансформаторе, называют в просторечии анцапфой.
Место контакта, хотя и выполнено подпружиненным, со временем оно подвергается медленному окислению, что приводит к росту сопротивления и к перегреву. Чтобы этого вредного накопительного эффекта не происходило, чтобы газовая защита не срабатывала из-за разложения масла под действием излишнего нагрева, переключатель регулярно обслуживают: дважды в год проверяют правильность установки коэффициента трансформации, переключая при этом анцапфу во все положения, дабы убрать с мест контактов оксидную пленку, прежде чем окончательно установить требуемый коэффициент трансформации.
Также измеряют сопротивление обмоток постоянному току, чтобы убедиться в качестве контакта. Эту процедуру выполняют и для трансформаторов, которые долго не эксплуатировались, прежде чем начинать их использовать.
Регулирование под нагрузкой
Оперативные переключения осуществляются автоматически либо в вручную, прямо под нагрузкой, там где в разное время суток напряжение сильно изменяется. Мощные и маломощные трансформаторы, в зависимости от напряжения, имеют РПН разных диапазонов — от 10 до 16% с шагом в 1,5% на стороне высшего напряжения, — там, где ток меньше.
Здесь, конечно, есть некоторые сложности: просто рвать цепь на мощном трансформаторе нельзя, т. к. в этом случае возникнет дуга и трансформатор просто выйдет из строя; кратковременно витки замыкаются между собой накоротко; необходимы устройства ограничения тока.
Токоограничительные реакторы в системах РПН
Регулирование под нагрузкой с ограничением тока позволяет осуществить система с двумя контакторами и двухобмоточным реактором.
К двум обмоткам реактора подключено по контактору, которые в обычном рабочем режиме трансформатора сомкнуты, примыкая к одному и тому же контакту на выводе обмотки. Рабочий ток проходит через обмотку трансформатора, затем параллельно через два контактора и через две части реактора.
В процессе переключения один из контакторов переводится на другой вывод обмотки трансформатора (назовем его «вывод 2»), при этом часть обмотки трансформатора оказывается накоротко шунтирована, а рабочий ток ограничивается реактором. Затем второй контакт реактора переводится на «вывод 2».
Процесс регулирования завершен. Переключатель с реактором имеет небольшие потери в средней точке, так как ток нагрузки наложен на конвекционный ток двух переключателей, и реактор может все время находится в цепи.
Токоограничительные резисторы в системах РПН
Альтернатива реактору — триггерный пружинный контактор, в котором происходит последовательно 4 быстрых переключения с использованием промежуточных положений, когда ток ограничивается резисторами. В рабочем положении ток идет через шунтирующий контакт К4.
Когда требуется произвести переключение цепи из положения II в положение III (в данном случае — с меньшим количеством витков), — избиратель переводится с контакта I на контакт III, затем параллельно замкнутому контактору К4 подключается резистор R2 через контактор К3, затем контактор К4 размыкается, и теперь ток в цепи ограничен только резистором R2.
Следующим шагом замыкается контактор К2, и часть тока устремляется также через резистор R1. Контактор К3 размыкается, отсоединяя резистор R2, замыкается шунтирующий контакт К1. Переключение завершено.
Если у переключателя с реактором реактивный ток прервать трудно, и поэтому он используется чаще на стороне низкого напряжения с большими токами, то быстродействующий переключатель с резисторами успешно используется на стороне высокого напряжения с относительно малыми токами.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник
Способы регулирования напряжения трансформаторов
В результате падения напряжения в линиях электропередачи удаленные от электростанции потребители получали бы электроэнергию пониженного напряжения. Но для того, чтобы обеспечить всем потребителям электроэнергии подачу номинального напряжения, в обмотках высшего напряжения трансформаторов предусмотрены отводы для регулирования напряжения в пределах ± 5% Uн, которые часто называют анцапфами.
Переключая отводы, увеличивают или уменьшают число витков обмотки высшего напряжения, изменяя таким образом коэффициент трансформации трансформатора.
Существуют два способа регулирования напряжения.
Первый способ — регулирование напряжения изменением числа витков вторичной обмотки — применим в том случае, когда трансформатор используют как повышающий. К обмотке низшего напряжения без ответвлений подводят напряжение сети. При постоянном напряжении и частоте в сети магнитный поток в трансформаторе постоянный, а э. д. с. Е2 меняется прямо пропорционально изменению числа витков вторичной обмотки, согласно формуле (78)
т. е. для повышения э. д. с. нужно увеличивать число витков, а для снижения — уменьшать (рис. 132, а).
Второй способ — регулирование напряжения изменением числа витков первичной обмотки — называют регулированием напряжения изменением магнитного потока. Пренебрежем падением напряжения в обмотках
трансформатора и примем U1 
Е1> а так как напряжение сети и частота постоянны по величине, то по формуле (77)
Так как f постоянная величина, то и произведение Фмw1= const, т. е. при уменьшении числа витков первичной обмотки магнитный поток увеличивается и наоборот. Для того чтобы увеличить на 5% напряжение на зажимах вторичной обмотки, необходимо уменьшить на 5% число витков первичной обмотки, т. е. переключатель с положения «Ном.» нужно переключить вниз на —5% (рис. 132, б).
Следует иметь в виду, что в эксплуатационной практике принято зажимы повышающего трансформатора устанавливать на самое высшее напряжение (например, 6300 или 10 500 в) и считать, что повышающий трансформатор не дает никакой надбавки напряжения, даже при холостом ходе. Относительно понижающего трансформатора считают, что с помощью ответвительных зажимов можно получить надбавку +10% эксплуатационного напряжения, если его подключить к зажимам —5% витков. Так для понижающего трансформатора напряжением 10 кв получается следующая зависимость надбавок от того, на какие зажимы он подключен.
Номинальное напряжение синхронного генератора поддерживают на 5% выше номинального напряжения у потребителей, а трансформатор при холостом ходе развивает напряжение на 5% выше номинального напряжения у потребителей. На основании сказанного и при условии,, что потери напряжения в высоковольтных сетях составят 5%, как и в низковольных, расчет отклонения напряжения у потребителей с учетом потерь напряжения в трансформаторах и сетях при номинальной нагрузке может иметь примерно такой вид.
Недостаток этих способов регулирования напряжения заключается в том, что для переключения ответвлений необходимо отключать трансформатор от сети. Это вызывает перебои в снабжении электроэнергией потребителей.
В современных трансформаторах напряжение регулируют под нагрузкой, чтобы переключение ответвлений выполнять, не отключая электроэнергию у потребителей.
Источник
Регулирование напряжения трансформаторов
Для нормальной работы потребителей необходимо поддерживать определенный уровень напряжения на шинах подстанций. В электрических сетях предусматриваются способы регулирования напряжения, одним из которых является изменение коэффициента трансформации трансформаторов.
Известно, что коэффициент трансформации определяется как отношение первичного напряжения ко вторичному, или
где w1 w2 — число витков первичной и вторичной обмоток соответственно.
Обмотки трансформаторов снабжаются дополнительными ответвлениями, с помощью которых можно изменять коэффициент трансформации. Переключение ответвлений может происходить без возбуждения (ПБВ), т.е. после отключения всех обмоток от сети или под нагрузкой (РПН).
Рис.1. Схема регулирования напряжения ПБВ:
а — ответвления вблизи нулевой точки обмотки ±5% с трехфазным переключателем на три положения,
б — ответвления в середине обмотки ±2×2,5% с однофазными переключателями на пять положений (фаза А);
1 — неподвижный контакт, 2 — сегмент контактный;
3 — вал переключателя, 4 — контактные кольца
Устройство ПБВ позволяет регулировать напряжение в пределах ±5%, для чего трансформаторы небольшой мощности кроме основного вывода имеют два ответвления от обмотки высшего напряжения: +5% и -5% (рис.1,а). Если трансформатор работал на основном выводе 0 и необходимо повысить напряжение на вторичной стороне U2, то, отключив трансформатор, производят переключение на ответвление -5%, уменьшая тем самым число витков w1.
На трансформаторах средних и больших мощностей предусматриваются четыре ответвления ±2х2,5%, переключение которых производится специальными переключателями барабанного типа, установленными отдельно для каждой фазы (рис.1,б). Рукоятка привода переключателя выведена на крышку трансформатора.
При замыкании роликом переключателя контактов A4-A5 трансформатор имеет номинальный коэффициент трансформации. Положения А3-А4 и А2-А3 соответствуют увеличению коэффициента трансформации на 2,5 и 5%, а положения А5-А6 и А6-А7 — уменьшению на 2,5 и 5%.
Устройство ПБВ не позволяет регулировать напряжение в течение суток, так как это потребовало бы частого отключения трансформатора для производства переключений, что по условиям эксплуатации практически недопустимо. Обычно ПБВ используется только для сезонного регулирования напряжения.
Регулирование под нагрузкой (РПН) позволяет переключать ответвления обмотки трансформатора без разрыва цепи. Устройство РПН предусматривает регулирование напряжения в различных пределах в зависимости от мощности и напряжения трансформатора (от ±10 до ±16% ступенями приблизительно по 1,5%).
Рис.2. Устройство РПН трансформаторов
а — схема включения регулировочных ступеней,
Аb — основная обмотка, bс — ступень грубой регулировки,
de — ступени плавной регулировки, П — переключатель, И — избиратель,
б — переключающее устройство РНТ-13,
1 — переключатель, 2 — горизонтальный вал, 3 — кожух контакторов,
4 — вертикальный вал, 5 — коробка привода, 6 — бак трансформатора
Регулировочные ступени выполняются на стороне ВН, так как меньший по значению ток позволяет облегчить переключающее устройство. Для расширения диапазона регулирования без увеличения числа ответвлений применяют ступени грубой и тонкой регулировки (рис.2). Наибольший коэффициент трансформации получается, если переключатель П находится в положении II, а избиратель И — на ответвлении 6. Наименьший коэффициент трансформации будет при положении переключателя I, а избирателя — на ответвлении 1.
На рис.2,б показана схема расположения элементов переключающего устройства РНТ-13, применяемого на трансформаторах средней мощности.
Рис.3. Схема и последовательность переключений устройства РПН
с токоограничивающими сопротивлениями
Переход с одного ответвления регулировочной обмотки на другое осуществляется так, чтобы не разрывать ток нагрузки и не замыкать накоротко витки этой обмотки. Это достигается в специальных переключающих устройствах с реакторами или резисторами. Схема с резисторами (рис.3) обладает рядом преимуществ перед схемой с реакторами и получает все более широкое применение. На рис.3 показаны регулировочная часть обмотки de и переключающее устройство.
Последовательность работы контакторов и избирателей показана в таблице к рис.3. В исходном положении 0 трансформатор работает на ответвлении 5, ток нагрузки проходит через контакт К1. Допустим, что необходимо уменьшить число витков в регулировочной обмотке, т.е. перейти на ответвление 4. Последовательность работы элементов РПН в этом случае будет следующей: обесточенный избиратель И2 переводится в положение 4, затем отключается К1 и ток нагрузки кратковременно проходит по R1 и К2; при третьей операции замыкается КЗ, при этом половина тока нагрузки проходит по R1 и К2, а половина — по R2 и КЗ, кроме того, витки регулировочной обмотки 5 — 4 оказываются замкнутыми через R1 и R2 и по ним проходит ограниченный по значению циркулирующий ток; при следующих операциях (4 и 5) размыкается К2 и замыкается К4, при этом ток нагрузки проходит по регулировочной обмотке на ответвление 4, избиратель И2, контакты К4 к выводу 0.
В переключателях данного типа используются мощные пружины, обеспечивающие быстрое переключение контактов контактора (
Источник
