Регулирование напряжения трансформаторов

Для нормальной работы потребителей необходимо поддержать определенный уровень напряжения на шинах подстанций. В электрических сетях предусматриваются способы регулирования напряжения, одним из которых является изменение коэффициента трансформации трансформатора.

Известно, что коэффициент трансформации определяется как отношение первичного напряжения ко вторичному, или.

n = U₁/ U₂ = w₁ / w₂,.

где w₁ и w₂ — число витков первичной и вторичной обмоток соответственно.

Отсюда.

U₂ = U₁ w₂ / w₁.

Обмотки трансформаторов снабжаются дополнительными ответвлениями, с помощью которых можно изменить коэффициент трансформации. Переключение ответвлений может происходить без возбуждения (ПБВ), то есть после отключения всех обмоток от сети или под нагрузкой (РПН).

Рисунок 36. Схема регулирования напряжения ПБВ: а — ответвления вблизи нулевой точки ± 5% с трехфазным переключателем на три положения; б — ответвления в середине обмотки ± 2 Ч 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 обмоток высшего напряжения: + 5% и — 5% (рисунок 36, 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 ± 2 Ч 2,5%, переключение которых производится специальными переключателями барабанного типа, установлеными отдельно для каждой фазы (рисунок 36, б). Рукоятка привода переключателя выведена на крышку трансформатора.

При замыкании роликом переключателя контактов А₄ — А₅ трансформатор имеет номинальный коэффициент трансформации. Положение 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%.

Рисунок 37. Устройство РПН трансформатора: а — схема включения регулируемых ступеней; Ab — основная обмотка; bc — степень грубой регулировки; de — степень 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.

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%).

Регулировочные ступени выполняются на стороне ВН, так как меньший по значению ток позволяет облегчить переключающее устройство. Для расширения диапазона регулирования без увеличения числа ответвлений применяются ступени грубой и тонкой регулировки (рисунок 37).

Наибольший коэффициент трансформации получается, если переключатель П находится в положении II, а избиратель И — на ответвлении 6. Наименьший коэффициент трансформации при положении переключателя I, а избирателя — на ответвлении 1.

На рисунке 37, б показана схема расположения элементов переключающего устройства РНТ-13, применяемого на трансформаторах средней мощности.

Рисунок 38. Схема и последовательность переключений устройства РПН с токоограничивающими сопротивлениями.

Рисунок 39. Схема регулирования напряжения в автотрансформаторе (показа одна фаза): а — ответвления в нейтрали (без реверса); б — ответвления на линейном конце обмотки СН (с реверсом).

Переход с одного ответвления регулируемой 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 (рисунок 38) обладает рядом преимуществ перед схемой с реакторами и получает все более широкое распространение. На рисунке 38 показаны регулировочная часть обмотки de и переключающее устройство.

Последовательность работы контакторов и избирателей показана в таблице к рисунку 38. В исходном положении 0 трансформатор работает на ответвлении 5, ток нагрузки проходит через контакт К1.

В переключателях данного типа используются мощные пружины, обеспечивающие переключение контактов контактора (< 0,15 с), поэтому токоограничивающее сопротивление R1 и R2 лишь кратковременно нагружаются током, что позволяет уменьшить их габариты. Контакторы размещаются в герметизированном баке с маслом. Управление РПН может осуществляться дистанционно со щита управления вручную или автоматически.

Регулирование напряжения в автотрансформаторах имеет некоторую особенность. Если ответвления выполнить в нейтральной точке (рисунок 39, а), то это позволяет облегчить изоляцию переключающего устройства и рассчитать его на меньший ток, так как в общей обмотке автотрансформатора проходит разность токов. Такое регулирование называется связанным, то есть при переключении ответвлений одновременно меняется количество витков ВН и СН. Это приводит к резким изменениям индукции в сердечнике и колебаниях напряжения на обмотке НН.

Независимое регулирование в автотрансформаторе можно осуществлять с помощью регулируемой обмотки на линейном конце среднего напряжения (рисунок 39, б).

В этом случае переключающее устройство должно быть рассчитано на полный номинальный ток, а его изоляция — на полное напряжение средней обмотки.

Рисунок 40. Схема включения последовательного регулировочного трансформатора в цепь автотрансформатора.

Такие переключающие устройства на ток 2000А с изоляцией классов 110 и 220кВ позволяет обеспечить РПН для автотрансформаторов больших мощностей.

Регулирование осуществляется с помощью трех однофазных регуляторов, имеющих электропривод с автоматическим управлением.

Для регулирования напряжения на мощных трансформаторах и автотрансформаторах применяются также последовательные регулируемые трансформаторы (рисунок 40). Они состоят из последовательного трансформатора 2, который вводит добавочную ЭДС в основную обмотку автотрансформатора 1, и регулировочного автотрансформатора 3, который меняет эту ЭДС. С помощью таких трансформаторов можно изменить не только напряжение (продольное регулирование), но и его фазу (поперечное регулирование). Устройство таких трансформаторов значительно сложнее, чем РПН, поэтому они дороже и применение их ограничено.

Одним из видов последовательных регулировочных трансформаторов являются линейные регуляторы, которые включаются последовательно в линию или в цепь трансформатора без РПН, обеспечивая регулирование напряжения в пределах ± 10 ч 15%.

Широкое применение линейные регуляторы находят подстанциях с автотрансформаторами (рисунок 41).

Рисунок 41. Включение регулировочного трансформатора со стороны НН автотрансформатора.

На стороне СН регулирование напряжения обеспечивается встроенным в автотрансформатор 1 РПН, а на стороне НН устанавливается регулировочный трансформатор 2, снабженный автоматическим регулированием напряжения.