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

Устройство и обслуживание РПН трансформаторов

Устройства регулирования напряжения трансформаторов (ПБВ и РПН)

При регулировании напряжения переключением ответвлений обмоток трансформаторов изменяют их коэффициенты трансформации

где W_BH И W_НH — числа включенных в работу витков обмоток ВН и НН соответственно.

Это позволяет поддерживать на шинах НН (СН) подстанций напряжение, близкое к номинальному, когда первичное напряжение отклоняется по тем или иным причинам от номинального.

Переключают ответвления на отключенных от сети трансформаторах устройствами ПБВ (переключение без возбуждения ) или на работающих трансформаторах под нагрузкой устройствами РПН (регулирование под нагрузкой) .

Устройствами ПБВ снабжаются почти все трансформаторы. Они позволяют изменять коэффициент трансформации ступенями в пределах ±5% номинального напряжения. Применяются ручные трехфазные и однофазные переключатели.

Трансформаторы с РПН имеют большее число регулировочных ступеней и более широкий диапазон регулирования (до ±16 %), чем у трансформаторов с ПБВ. Применяемые схемы регулирования напряжения на трансформаторах показаны на рис. 1. Часть обмотки ВН с ответвлениями называется регулировочной обмоткой.

Рис. 1. Схема регулирования на трансформаторах без реверсирования (а) и с реверсированием (б) регулировочной обмотки: 1, 2 — первичная и вторичная обмотки соответственно, 3 — регулировочная обмотка, 4 — переключающее устройство, 5 — реверсор

Расширение регулировочного диапазона без увеличения числа отводов достигается применением схем с реверсированием (рис. 1,б). Переключатель — реверсор 5 позволяет присоединять регулировочную обмотку 3 к основной 1 согласно или встречно, благодаря чему диапазон регулирования удваивается. У трансформаторов устройства РПН обычно включаются со стороны нейтрали, что позволяет выполнять их с пониженной на класс напряжения изоляцией.

Регулирование напряжения автотрансформаторов, осуществляемое на стороне СН или ВН, показано на рис. 2. Устройства РПН в этих случаях изолируются на полное напряжение вывода, со стороны которого оно установлено.

Устройства РПН состоят из следующих основных частей: контактора, размыкающего и замыкающего цепь рабочего тока в процессе коммутации, избирателя, контакты которого размыкают и замыкают электрическую цепь без тока, приводного механизма, токоограничивающего реактора или резистора.

Рис. 2. Схема регулирования на автотрансформаторах: а — на стороне ВН, б — на стороне СН

Последовательность работы устройств РПН с реактором (серий РНО, РНТ) и с резистором (серий РНОА, РНТА) показана на рис. 3. Необходимая очередность в работе контакторов и избирателей обеспечивается приводным механизмом с реверсивным пускателем.

В устройстве РПН с реактором реактор рассчитан на длительное прохождение номинального тока. В нормальном режиме через реактор проходит только ток нагрузки. В процессе переключения ответвлений, когда часть регулировочной обмотки оказывается замкнутой реактором (рис. 3,г), он ограничивает до приемлемых значений ток I, проходящий в замкнутом контуре.

Рис. 3. Последовательность работы переключающих устройств РПН с реактором (а—ж) и резистором (з—н): К1—К4 — контакторы, РО — регулировочная обмотка, Р — реактор, R1 и R2 — резисторы, П — переключатели (избиратели)

Реактор и избиратель, на контактах которого дуги не возникает, обычно размещают в баке трансформатора, а контактор помещают в отдельном масляном баке, чтобы не допускать разложения электрической дугой масла, находящегося в трансформаторе.

Действие переключающих устройств РПН с резистором во многом сходно с работой РПН с реактором. Отличие состоит в том, что в нормальном режиме работы резисторы зашунтированы или отключены и ток по ним не проходит, а в процессе коммутации ток проходит в течение сотых долей секунды.

Резисторы не рассчитаны на длительную работу под током, поэтому переключение контактов происходит быстро под действием мощных пружин. Резисторы имеют небольшие размеры и являются, как правило, конструктивной частью контактора.

Устройства РПН приводятся в действие дистанционно со щита управления и автоматически от устройств регулирования напряжения. Предусмотрено переключение приводного механизма с помощью кнопки, расположенной в шкафу привода (местное управление), а также с помощью рукоятки. Переключение РПН рукояткой под напряжением не рекомендуется выполнять оперативному персоналу.

Один цикл работы РПН разных типов происходит за время от 3 до 10 с. Процесс переключения сигнализируется красной лампой, которая загорается в момент подачи импульса и продолжает гореть все время, пока механизм не закончит весь цикл переключения с одной ступени на другую. Независимо от длительности одного импульса на пуск устройства РПН имеют блокировку, разрешающую переход избирателя только на одну ступень. По окончании движения переключающего механизма заканчивают перемещение дистанционные указатели положения, показывая номер ступени, на которой остановился переключатель.

Для автоматического управления устройства РПН снабжаются блоками автоматического регулирования коэффициента трансформации (АРКТ) . Структурная схема автоматического регулятора напряжения показана на рис. 4.

Регулируемое напряжение подается на зажимы блока АРКТ от трансформатора напряжения. Кроме того, устройством токовой компенсации ТК учитывается еще падение напряжения от тока нагрузки. На выходе блока АРКТ исполнительный орган И управляет работой приводного механизма РПН. Схемы автоматических регуляторов напряжения весьма разнообразны, но все они, как правило, содержат основные элементы, указанные на рис. 4.

Рис. 4. Структурная схема автоматического регулятора напряжения: 1 — регулируемый трансформатор, 2 — трансформатор тока, 3 — трансформатор напряжения, ТК — устройство токовой компенсации, ИО — измерительный орган, У — орган усиления, В — орган выдержки времени, И — исполнительный орган, ИП — источник питания, ПМ — приводной механизм

Обслуживание устройств регулирования напряжения

Перестановка переключателей ПБВ с одной ступени на другую в эксплуатации производится редко — 2—3 раза в год (это так называемое сезонное регулирование напряжения). При длительной работе без переключения контактные стержни и кольца переключателей барабанного типа покрываются пленкой окиси.

Чтобы разрушить эту пленку и создать хороший контакт, рекомендуется при каждом переводе переключателя предварительно прокручивать его (не менее 5—10 раз) из одного крайнего положения в другое.

При пофазном переводе переключателей следует проверять их одинаковое положение. Приводы переключателей после перевода фиксируются стопорными болтами.

Устройства РПН должны постоянно находиться в работе с включенными автоматическими регуляторами напряжения. При осмотрах РПН сверяют показания указателей положения переключателей на щите управления и на приводах РПН, так как по ряду причин возможно рассогласование сельсина-датчика и сельсина-приемника, являющихся приводами для указателей положения. Проверяют также одинаковое положение переключателей РПН всех параллельно работающих трансформаторов и отдельных фаз при пофазном управлении.

Наличие масла в баке контактора проверяется по маслоуказателю. Уровень масла следует поддерживать в допустимых пределах. При пониженном уровне масла время горения дуги на контактах может быть недопустимо большим, что опасно для переключающего устройства и трансформатора. Отклонение от нормальной отметки уровня масла обычно наблюдается при нарушении уплотнений отдельных узлов масляной системы.

Нормальная работа контакторов гарантируется при температуре масла не ниже —20 °С. При более низкой температуре масло сильно густеет и контактор испытывает значительные механические нагрузки, которые могут привести к его поломке. Кроме того, возможно повреждение резисторов из-за увеличения времени переключения и более длительного пребывания их под током. Чтобы избежать указанных повреждений, при понижении температуры окружающего воздуха до —15 °С должна включаться система автоматического обогрева бака контакторов.

Приводные механизмы РПН являются наиболее ответственными и в то же время наименее надежными узлами этих устройств. Их необходимо предохранять от попадания пыли, влаги, трансформаторного масла. Дверца шкафа приводного механизма должна быть уплотнена и надежно закрыта.