2.9. Регулирование напряжения

Величина напряжения и частота являются основными параметрами, характеризующими качество электрической энергии переменного тока. Если частота однозначно определяется частотой вращения синхронного генератора на электрической станции, то величина напряжения в различных точках сети не может быть достигнута только регулированием генератора, она зависит от нагрузок и падений напряжения в питающих линиях и трансформаторах. В сельской электроэнергетике допустимые отклонения напряжения на зажимах электродвигателей и аппаратов управления приняты -7,5% и +10% от номинального. При разработке и изготовлении трансформаторов в них закладываются определенные возможности регулирования напряжения.

В силовых трансформаторах обычно предусматривается один из двух видов регулирования напряжения:

1)с отключением от сети трансформатора (ПБВ — переключение без возбуждения), в маркировке не указывается;

2) регулирование под нагрузкой (РПН), при этом нет разрыва цепи тока. В маркировке — буква Н. Например, маркировка трансформатора ТДТН-6300/35 означает — трехфазный (Т), с естественной циркуляцией масла и принудительным воздушным охлаждением (Д), трехобмоточный (Т), РПН (Н), мощностью 6300 кВА, напряжением 35 кВ.

Регулирование напряжения производится, как правило, ступенчато, изменяясь скачками заданной величины. Такое регулирование может осуществляться: 1) с помощью вспомогательного устройства в самом силовом трансформаторе; 2) с помощью добавочного трансформатора, устанавливаемого совместно с силовым.

Вспомогательное устройство предполагает возможность ступенчатого регулирования коэффициента трансформации в некоторых его пределах. Для этого обычно на обмотке ВН делаются дополнительные выводы — ответвления, позволяющие изменять число находящихся в работе витков. Отечественные силовые трансформаторы позволяют регулировать напряжение таким образом на ±5% от номинального (ступени +5; +2,5; 0; -2,5; -5%). Практически это осуществляется с помощью переключателя, расположенного под крышкой трансформатора (в схемах ПБВ).

На рис. 2.24 представлены некоторые схемы расположения ответвлений от регулируемой части обмотки — посередине обмотки

Рис.2.24. Схемы расположения ответвлений обмоток трансформаторов

(рис. 2.24, а, б, г, д) или в двух местах по высоте стержня (рис. 2.24, в) при большом числе витков. Это необходимо для уменьшения радиального потока рассеяния обмоток при отключенных регулировочных витках, что ограничивает электродинамические усилия при коротком замыкании трансформатора.

Схема, изображенная на рис. 2.24, а позволяет реализовать три уровня напряжения: номинальное — при соединении зажимов А₃-А₄; Б₃-Б₄; С₃-С₄; напряжение, отличающееся на ±5% от номинального — при соединении зажимов А₂-А₃, А₅-А₄ и аналогичных в фазах Б и С. Схема, показанная на рис. 2.24, б, используется для регулирования напряжения на ±2,5% и ±5% от номинального.

При регулировании напряжения под нагрузкой (РПН) переключающее устройство дополняется контакторами и токоограничивающими сопротивлениями, так как переключатели ответвлений не приспособлены для разрыва цепи с током. Для ограничения тока в короткозамкнутых контурах, образуемых витками регулируемой части обмотки при переключениях, используются токоограничивающие активные сопротивления или индуктивные (реакторы). Устройство с активным сопротивлением компактно, а устройство с реактором проще и надежнее.

На рис. 2.25 показаны отдельные фазы переключения в схеме

Рис.2.25. Действие переключающего устройства с реактором Р

включения реактора со средней точкой. В рабочем положении схемы (позиции а, д) обе половины реактора обтекаются одинаковыми токами, направленными встречно. В промежуточном положении (в) часть регулируемой обмотки замкнута через реактор. Системы регулирования являются, как правило, автоматизированными.

При значительных мощностях и высоких напряжениях описанная выше аппаратура РПН становится громоздкой и трудно реализуемой. В таких случаях регулирование напряжения осуществляется с помощью вольтодобавочного агрегата (трансформатора) состоящего из последовательного трансформатора и регулировочного автотрансформатора или трансформатора (рис. 2.26).

Рис. 2.26. Схемы регулирования напряжения: а — с помощью регулировочного автотрансформатора; б — с помощью воль

Напряжение вторичной обмотки ПТ складывается с напряжением линии и изменяет его с до . Величина вводимого напряжения ∆U регулируется с помощью автотрансформатора РА.

В мощных трансформаторах при высоких напряжениях вместо автотрансформатора используются регулировочные трансформаторы, устанавливаемые вдали от силового трансформатора.