2. Регулювання напруги обмотки вн

Більшість споживачів електричної енергії розраховані на роботу при певній напрузі. У випадку зміни цієї напруги нормальна робота споживачів порушується. Так, при зміні напруги навіть на 3-5% понижується швидкість обертання асинхронних двигунів, помітно погіршується освітлення та ін. Щоб підтримувати напругу незмінною в трансформаторах – переважно в обмотках ВН – передбачена можливість регулювання напруги.

Найбільшого розповсюдження на практиці набуло регулювання напруги за допомогою зміни ступенями числа витків однієї з обмоток. При зміні числа витків, наприклад, первинної обмотки змінюється величина магнітного потоку, внаслідок чого збільшується або зменшується напруга вторинної обмотки трансформатора.

Отже, якщо напруга первинної обмотки незмінна, а вторинна зменшилась, то для її відновлення необхідно збільшити магнітний потік. Це досягається шляхом зменшення числа витків первинної обмотки. Дійсно, із виразу випливає, що збільшити магнітний потік Ф при незмінній Е₁ (напрузі U₁) можна тільки зменшивши число витків первинної обмотки. Якщо ж первинна напруга зменшилась, то відповідно зменшиться і величина Ф. Для збереження постійної величини вторинної напруги необхідно відновити попереднє значення магнітного потоку. Це можна досягти також зменшенням числа витків первинної обмотки.

Принцип регулювання якраз і полягає в зміні певними ступенями числа витків в обмотці трансформатора, що забезпечує необхідну величину магнітного потоку. Практично в обмотці ВН трансформатора роблять ряд відводів, кожен з яких відповідає відповідному числу послідовно увімкнених витків обмотки (рис.4.5).

Трансформатори малої і середньої потужності мають на обмотці, зазвичай, п’ять відводів (рис.4.5,а), із яких середній (Х₃) відповідає номінальній напрузі мережі (наприклад 6,3 кВ), а інші – напругам, що відрізняються від неї на ±5% (±2×2,5%).

Якщо напрузі 6,3 кВ відповідають 1000 витків в обмотці ВН (відвід Х₃), то напрузі 6,615 кВ (відвід Х₁), більшому на 5%, відповідають 1050 витків, а напрузі 5,985 кВ (відвід Х₅), меншому на 5% – 950 витків.

У понижувальних трансформаторах з метою підвищення або пониження напруги обмотки НН необхідно на обмотці ВН переходити, відповідно, на менше або більше число витків. У підвищувальних трансформаторах переходять на більше або менше число витків обмотки ВН відповідно з необхідністю підвищити або понизити напругу на вторинній стороні (обмока ВН).

Рис.4.5. Схеми розміщення відводів обмоток для регулювання напруги з ПБЗ

Хай унаслідок зростання навантаження в мережі напруга понизилась на 5% – стала 5,985 кВ. В обмотках НН вона також зменшиться на 5% і складатиме 220–(220×0,05)=209 В. Якщо U₁ зменшилась на 5%, а U₂ необхідно підтримати постійною (220 В), то потрібно зменшити число витків також на 5% (перемкнути обмотку ВН на відвід Х₅). При цьому в роботі буде брати участь 950 витків.

Вимикати витки можна як на кінці обмотки, так і на середині. Однак, при вимиканні витків на кінці обмотки можливе таке положення, коли обмотка стає ніби вкорочена. Різниця у висоті обмотки, як відомо, призведе до збільшення осьових зусиль. Тому, переважно, відводи виконують на середині обмотки (рис.4.5,б).

Відводи на кінці обмотки ВН зустрічаються лише у трансформаторах малої потужності, де механічні зусилля незначні, а виконання відводів на середині обмотки має конструктивні труднощі.

Передбачено два способи регулювання напруги силового трансформатора:

• регулювання напруги перемиканням відводів без збудження (ПБЗ) після від’єднання обмоток трансформатора від мережі;

• регулювання під навантаженням (РПН) без від’єднання обмоток трансформатора від мережі.

За схемами, наведеними на рис. 4.5, напругу регулюють тільки при від’єднаному від мережі трансформаторі (ПБЗ).

Число відводів обмотки у трансформаторах з РПН, переважно, значно більше, а діапазон регулювання напруги ширший. Регулювальні відводи перемикаються під навантаженням за допомогою спеціальних перемикачів, безпосередньо вмонтованих у трансформатор. Ці пристрої дорогі та займають багато місця. Тому, трансформатори з РПН мають більші габарити і вагу.

Вивчення схем регулювання і перемикаючих пристроїв з РПН утруднене і виходить за рамки даного посібника.

Тому, наведемо будову перемикача лише для ПБЗ. На рис.4.6 наведена будова перемикача серії ТПСУ, що складається з паперово-бакелітового циліндра 8, в якому закріплені нерухомі контакти 12 і паперово-бакелітова труба 10 з розміщеними на ній рухомими сегментними контактами 11. Кінець труби 10 виведений за межі кришки 6 трансформатора і з’єднаний з ковпаком 2, що має покажчик положення 4 перемикача та стопорним фіксуючим болтом 3. Для перемикання в інше положення необхідно вивернути цей болт і повернути ковпак на 120⁰.

Рис.4.6. Перемикачі відводів трансформаторів: а) схема; б) конструкція перемикачів серії ТПСУ; 1,9 – болти для кріплення циліндра і труби; 2 – ковпак привода; 3 – стопорний болт; 4 - покажчик положення; 5 – фланець; 6 – кришка трансформатора; 7 – гумове ущільнення; 8 – паперово-бакелітовий циліндр; 10 – паперово-бакелітова труба; 11 – сегментний контакт; 12 – нерухомий контакт з болтом

У трансформаторах використовують й інші перемикачі напруги, але їх дія ґрунтується на одному принципі, а відрізняються вони лише конструкцією окремих деталей.

Такі перемикачі ще називають нульовими, тому що їх рухомі контакти замикають одноіменні відводи обмоток різних фаз, створюючи спільну нульову точку. З’єднання зіркою у них створюється безпосередньо в перемикачу.