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
Советы электрика
Регулирование напряжения у силовых трансформаторов
Приветствую вас, читатель моего сайта ceshka.ru!
В этой статье я хочу рассказать вам как регулируется напряжение у силового трансформатора 110/10 кВ- под нагрузкой.
Для тех кто вообще не в теме объясняю о чем вообще идет речь.
Электроэнегрия от электростанции (АЭС, ТЭЦ, ГРЭС и т.п.) передается по опорам воздушных линий на многие сотни километров к подстанции (я буду вести речь о подстанции 110 000 Вольт), где установлены понижающие трансформаторы – очень большие и очень мощные.
Эти трансформаторы понижают напряжение (в моем примере до 10 000 Вольт) и передают электроэнергию дальше, но уже на более короткое расстояние- в пределах 10-40км до следующего понижающего трансформатора, который преобразует уже высокое напряжение 10 кВ в низкое трехфазное напряжение 400 Вольт, которое и идет по проводам к нам в дома.
Так вот, к трансформатору 110/10 кВ, установленному на подстанции, присоединяется очень много нагрузки- это может быть целый сельский район или часть большого города.
Нагрузка в течении дня и в течении времен года постоянно меняется и очень сильно.
Например в зимний период многие сельские жители обогреваются электрокотлами , поэтому потребляемый ток гораздо больше чем летом.
Или есть утренние и вечерние часы максимума нагрузок когда люди просыпаются или наоборот приходят с работы, включают электроприборы- потребление электроэнергии сильно возрастает. В течении дня нагрузка снижается и иногда даже в разы меньше чем утром или вечером.
Что происходит с понижающим трансформатором при увеличении нагрузки
А ничего с ним не происходит))) Как понижал он напряжение- так и продолжает понижать- так уж он устроен.
На первичную обмотку (обмотка высокого напряжения) подается 110 000 Вольт, а со вторичной (обмотка низкого напряжения) снимается 10 000 Вольт.
Это идеальный вариант, когда напряжение на первичной обмотке стабильное и не меняется, а нагрузка вторичной обмотки или очень мала или ее совсем нет (трансформатор работает в режиме холостого хода).
На самом деле это совсем не так.
В действительности высокое напряжение на первичной нагрузке постоянно меняется в небольших пределах- 110-117кВ
А так как коэффициент трансформации у трансформатора величина неизменная, то получается что и на вторичной обмотке 10 кВ напряжение тоже колеблется так сказать “в ногу” с первичным напряжением.
А вслед за этим колебания напряжения передаются следующим понижающим трансформаторам 10/0,4 кВ…
И так эти колебания дойдут и до наших квартир и напряжение колебалось бы пропорционально с высоким напряжением 110 кВ.
И было бы у нас в розетках то 180 Вольт, то 250 и бесперестанно бы оно изменялось в течении суток. Думаю что никому не понравится когда свет в доме постоянно меняет яркость, как в том анекдоте- то потухнет, то погаснет, то совсем не загорит)))
Почему изменяется напряжение
А изменяется напряжение от нагрузки, от того, какая мощность подключена к трансформатору.
Кто дружит с физикой тот знает- чем больше мощность, тем больше ток. В свою очередь увеличение значения электрического тока приводит к тому, что увеличивается падение напряжения в проводниках электрического тока.
Это обмотки трансформатора, провода воздушной линии электропередачи, силовые кабеля и т.п.- на них происходит основное падение напряжения.
Что это такое падение напряжения
Говоря упрощенно и что бы было понятнее- это энегрия(причем активная!) выделяемая в виде тепла.
Приведу пример. Для каждого сечения провода есть максимальный допустимый ток. Если к медному проводу сечением 2,5 кв. мм подключить одн офазный электротел мощностью 9 кВт с потребляемым током 9000:220=41 ампер, то провод очень сильно будет греться.
Материал, из которого изготовлен провод- медь оказывает активное сопротивление электрическому току.
По закону Ома- электрический ток прямо пропорционален изменениям напряжения, поэтому при подключении электрокотла на этом участке провода увеличивается и напряжение и происходит нагрев провода.
Не понятно? Давайте еще подробнее. Допустим сопротивление провода0 1 Ом. Ток как уже определили- 41 ампер.
Тогда на проводе напряжение составит U=R*I= 41 Вольт
Это и есть падение напряжения на проводе. При этом будет выделяться мощность в виде тепла P=U*I=41*41=1681 Ватт
А это целый электрообогреватель мощностью 1,7 кВт.
Конечно такая рассеиваемая мощность в проводе приводит к перегреву и плавлению изоляции. Именно поэтому для каждого сечения ток ограничен.
В данном случае для 2,5 кв.мм допустимый ток 25-27 ампер.
Из всего вышесказанного следует:
При увеличении нагрузки- увеличивается ток и увеличивается падение напряжения и потери энергии в проводах
Другими словами- часть напряжения и энергии до наших розеток просто не доходит, а выделяется в воздух в виде тепла…
Что бы компенсировать такие неизбежные потери энергии, на вторичной обмотке силового трансформатора повышают напряжение.
То есть повышают напряжение выше 10 000 Вольт- до 11, а то и больше киловольт. Тогда даже и если часть энергии “теряется” в проводах, у нас в квартирах и домах напряжение находится в пределах нормы- около 220 Вольт.
Как регулируется напряжение
Как можно изменять вторичное напряжение на понижающем трансформаторе? Можно изменять напряжение, подводимое к первичной обмотке- тогда на вторичной оно будет изменяться прямо пропорционально.
Но этот вариант не подходит, так как у трансформаторов, подключенных к сети 110 кВ разная загруженность- у одних может быть 100% нагруженность, у других- 20-50% и т.д.
И при этом способе напряжение на выходе будет меняться одновременно на всех- и там где надо и там где не надо…
А трансформаторов подключено не просто много- а очень много!
Поэтому применяют другой способ.
Напряжение регулируется изменением коэффициента трансформации самого трансформатора
Изменяется количество витков первичной обмотки трансформатора.
А почему именно в первичной?
В принципе можно было бы изменять и на вторичной обмотке- коэффициенту без разницы, он все равно будет изменяться, так как будет меняться соотношение витков первичной к вторичной обмотками.
Однако изменяют именно на высокой стороне- где выше напряжение. Почему?
Все очень просто. Где выше напряжение- там меньше величина электрического тока.
А так как регулировка напряжения происходит под нагрузкой- то есть трансформатор не отключают, то при изменении витков обмотки- при коммутации- появляется электрическая дуга в месте переключения контактов.
А чем больше ток— тем больше дуга, а эту дугу надо обязательно гасить…
Кстати значения тока между первичной и вторичной обмотками различается очень значительно. Например на вторичной нагрузке ток в 300 ампер вполне допустим, а для первичной максимальный ток является 25-30 ампер.
Думаю не надо объяснять что переключать контакты при токе в 300 ампер гораздо сложнее чем при 30, согласитесь)))
А где находятся эти контакты? В баке трансформатора сделаны отводы от первичной обмотки для изменения коэффициента трансформации и выведены в отдельный отсек, где и происходит переключение с помощью специального механизма.
Снаружи на баке трансформатора прикреплен привод этого механизма, называется он
Привод РПН
РПН расшифровывается как Регулирование Под Нагрузкой. В приводе расположен электродвигатель и элементы автоматики РПН- пускатели, конечные выключатели, автоматический выключатель, клемник с контрольными кабелями и т.д.
Электродвигатель с помощью вала вращает механизм переключения. Вся работа привода РПН контролируется автоматикой РПН.
Именно благодаря применению автоматики не требуется ручное управление- она сама следит за изменениями напряжения и при необходимости меняет коэффициент трансформации, поэтому при любой нагрузке трансформатора на выходе вторичной обмотки- необходимое напряжение.
А у нас в доме- в розетке- 220)))
Автоматикой РПН управляют специальные электронные блоки:
В них выставляются необходимые параметры работы- напряжение, выдержка времени, порог нечувствительности и т.д. В релейной защите это называется уставки.
И электронный блок уже сам определяет когда изменить напряжение, через какое время и в каких пределах, все это делается автоматически.
Так же возможно и ручное переключение РПН- непосредственно из привода около трансформатора или дистанционно- с панели управления из диспетчерского пункта.
Для этого есть специальные переключатели и ключи управления. Оперативный персонал подстанции может отключить автоматику и вручную регулировать напряжение на выходе трансформатора.
Это требуется например когда автоматика РПН выведена в ремонт или при проведении оперативных переключений, но это уже как говорится- совсем другая история)))
Специально по этой теме я снял видео непосредственно с подстанции 110/10 кВ и предлагаю вам “вживую” посмотреть как регулируется напряжение на трансформаторе под нагрузкой!
Источник