книги из ГПНТБ / Поярков К.М. Регулируемые трансформаторы и их эксплуатация, 1962. - 176 с. с

медленном изменении напряжения. Учитывая, что ско­ рости нарастания и спада напряжения в сети могут быть различными (наибольшие скорости изменения наблю­ даются в период дневных максимумов нагрузки), более удобной была бы система, в которой время выдержки обратно пропорционально отклонению. Это позволило бы сохранить точность регулирования напряжения ста-

Рис. 45. Изменение числа срабатываний переключающего устройства в зависимости от величины выдержки времени регулируемых транс­

бильной независимо от скорости изменения регулируе­ мого напряжения. Отечественные реле времени, приме­ няемые для регулирующих устройств, не реагируют на характер изменения напряжения и не учитывают вели­ чину отклонения или разность между существующим и заданным значением напряжения. Для повышения точ­ ности регулирования потребуется реле с зависимой вы­ держкой времени, у которого с увеличением отклонения выдержка времени уменьшается. Целесообразным яв­ ляется также сокращение времени или даже отказ от последующих выдержек, если требуется осуществить переключение больше чем на одну ступень. Во всяком

случае тип реле времени должен выбираться в зависи­ мости от места установки регулятора, его назначения и характера изменения напряжения.

Примером неправильного выполнения устройства вы­ держки времени является система, принятая для не­ больших одноступенчатых регуляторов напряжения (ти­ па ТСМН). Выдержка времени у таких регуляторов соз­ дается при движении сердечника электромагнита пере­ ключателя, вытесняющего масло через калиброванное отверстие переменного сечения. При такой конструкции невозможно осуществить постоянную выдержку времени, так как изменение вязкости масла (при колебаниях на­ грузки, нагрева трансформатора и температуры окру­ жающего воздуха) в значительной степени влияет на ее величину, а также нельзя получить выдержки времени больше чем 30—40 сек. Попытки установить большие выдержки времени требуют значительного уменьшения сечения отверстия, что приводит к его закупориванию, неравномерному движению электромагнита и нечеткой работе переключателя. Между тем у таких распредели­ тельных трансформаторов необходимо иметь возмож­ ность увеличивать в 2 —3 раза выдержку времени по сравнению с подстанционными регуляторами. Это даст возможность отстроиться от снижений напряжения, вы­ званных пусковыми токами электродвигателей. При включении достаточно мощных электродвигателей устройство с выдержками времени порядка 10—15 сек будет реагировать на пусковые токи и переключать ответвления трансформатора, а после завершения пуска двигателей, когда напряжение восстанавливается,— вновь переключать в обратную сторону. Естественно, что в данном случае возникающие качания регулятора не оправданы требованиями улучшения напряжения в сети. На рис. 46 показаны графики изменения напряжения на входе и выходе одноступенчатого регулируемого транс­ форматора, а также -изменения его нагрузки. Графики сняты для характерных часов суток с изменяющейся электродвигательной нагрузкой. Как видно из рисунка, срабатывания регулирующего устройства в точках 1—3 не оправданы требованиями напряжения и вызваны пу­ сковыми токами электродвигателей. В отдельные часы суток с резко переменной нагрузкой число таких лож­ ных переключений может быть достаточно велико, что

114

Рис. 46. Регистрограммы изменения напряжений на первичной и вто­ ричной сторонах одноступенчатого регулируемого трансформатора типа ТСМН и его нагрузки за несколько часов суток.

J, 2, 3—точки графика вторичного напряжения, характеризующие неоправдан­ ные срабатывания регулятора.

8*

приведет к быстрому износу переключающего устрой­ ства за сравнительно короткий срок его эксплуатации. Исходя из этого, для таких регуляторов потребуется, очевидно, выдержка времени порядка 1,5—2 мин.

При наличии в сети нескольких регуляторов напря­ жения значения выдержек времени рекомендуется вы­ бирать с учетом всех этих регуляторов, осуществляя не­ которую избирательность переключений. Выдержки вре­ мени у регуляторов потребителей или сетевых рекомен­ дуется принимать несколько большими по величине, чем для регулятора, установленного на подстанции, в начале этой линии. Например, если подстанционный регулятор работает с выдержкой времени 45 сек, то сетевые регу­ ляторы должны настраиваться на выдержку времени не менее 50—60 сек. Это требование объясняется стремле­ нием избежать частых переключений сетевых регулято­ ров до того, как сработает общий подстанционный регу­ лятор, улучшающий уровни напряжения одновременно во всех отходящих линиях.

13.ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ НА ПОКАЗАТЕЛИ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

а) Число ступеней регулирования

Регулирующая способность трансформаторов с пере­ ключением ответвлений под нагрузкой зависит от коли­ чества ступеней регулирования. Различают конструкции регуляторов с одноступенчатым, двухступенчатым и мно­ гоступенчатым регулированием напряжения. При одноили двухступенчатом регулировании режимы напряже­ ния, создаваемые регуляторами, будут соответствовать требованиям нагрузки лишь незначительную часть вре­ мени. Такое регулирование применяется на малых транс­ форматорах с достаточно простым и недорогим пере­ ключающим устройством, например контакторного типа. Установки одноступенчатого или двухступенчатого типа могут быть оправданы в тех случаях, когда отклонения напряжения у потребителей выходят за пределы норм в каком-либо одном режиме нагрузок и когда выбором

116

однако, иметь в виду, что такой способ регулирования не всегда достигает цели, поэтому область применения одноступенчатых регуляторов весьма ограничена. Более положительные результаты могут быть достигнуты в слу­ чае применения одноступенчатых регуляторов в транс­ форматорах с дополнительными нерегулируемыми под нагрузкой ответвлениями в пределах, например, ±2,5%. При соответствующих сочетаниях регулируемой и нере­ гулируемой надбавок напряжения такие регуляторы мо­ гут вполне заменить двухступенчатые. Возможности применения двухступенчатых регулируемых трансфор­ маторов ограничены вследствие резкого удорожания пе­ реключающего устройства по сравнению с одноступен­ чатым и относительно низкого регулирующего эффекта, получаемого при этом.

Многоступенчатое регулирование напряжения позво­ ляет почти во всех случаях обеспечить уровни напряже­ ния, отвечающие требованиям потребителей, и поэтому' оно является наиболее эффективным. Имея достаточное количество ступеней регулирования, можно легче, чем в предыдущих случаях, обеспечить необходимые уровни напряжения в сети. Естественно, что при более мелких ступенях регулирования напряжение на выходе регуля­ тора будет наиболее полно отвечать графику изменения нагрузок.

Так как изменения напряжения в сетях, не имеющих регулирования, в нормальных условиях не выходят за пределы 10—15%, то в общем случае для многоступен­ чатых регуляторов напряжения достаточными будут пре­ делы до 2 0 % (учитывая покрытие потерь напряжения в самом устройстве). Размеры и количество ступеней ре­ гулирования отдельно для повышения и снижения на­ пряжения при этом могут быть различными. Так, сим­ метричные пределы регулирования в пределах ± 1 0 % с одинаковым количеством повышающих и. понижающих ступеней регулирования будут применимы в сетях с боль­ шими положительными отклонениями напряжения. Оче­ видно, более выгодными для использования в суще­ ствующих распределительных сетях будут несимметрич­ ные пределы с большим количеством ступеней регули­ рования, повышающих напряжение (так как в этих се­ тях преобладают отрицательные отклонения напря-' жения).

117

Повышение эффективности многоступенчатого регу­ лирования напряжения может быть получено устрой­ ством дополнительных нерегулируемых под нагрузкой ответвлений. Выбор этих ответвлений в зависимости от удаленности места включения трансформатора обеспе­ чивает получение напряжения, более близкого к номи­ нальному, и дает возможность использовать регулиро­ вочное устройство в основном для компенсации измене­ ний напряжения, вызванных колебаниями нагрузки.

б) Использование пределов регулирования трансформаторов

В зависимости от существующих уровней напряже­ ния в сети, колебаний нагрузки и роста числа новых по­ требителей имеющиеся пределы регулирования будут ис­ пользоваться по-разному. При этом, как указывалось выше, за счет регулировочных пределов будут не только компенсироваться изменения, вызванные нагрузкой, но и компенсироваться потери напряжения в протяженных питающих сетях. В этих случаях при наличии симмет­ ричных пределов регулирования часть ответвлений, сни­ жающих напряжение, будет использована неполностью. На рис. 47 приведены графики использования регулиро­ вочных ответвлений трех трансформаторов типа ТМН одинаковой мощности, установленных на различных под­ станциях. Несмотря на различный характер нагрузки са­ мих трансформаторов, общим для них являются значи­ тельные потери напряжения в питающих сетях и отсут­ ствие регулирования напряжения в центре питания. Для компенсации напряжения в отходящих распредели­ тельных сетях трансформаторами поддерживается завы­ шенное против номинального вторичное напряжение (на уровне 10,3—10,5 кв), поэтому характерным для всех трансформаторов является несимметричное использова­ ние имеющихся пределов регулирования. Из рис. 47 вид­ но, что для поддержания заданных уровней напряжения использовались в основном повышающие ■напряжение ответвления регулирования. К тому же из полного пе­ риода работы на крайних повышающих ответвлениях (—1 0 %) около 1 0 % времени имеющиеся пределы регу­ лирования не обеспечивали требуемых уровней вторич­ ного напряжения.

118

Отсюда можно заключить, что при отсутствии допол­ нительных нерегулируемых ответвлений, у трансформато­ ров (устанавливаемых для компенсации потерь напря­ жения в питающих сетях) следует иметь несимметрич­ ные пределы регулирования с большим количеством ступеней, повышающих напряжение, например от —12.5

Рис. 47. График, характеризующий использование пре­ делов регулирования трансформаторов типа ТМН [при автоматической работе от реле напряжения. По верти­ кальной оси — время использования ответвлений регу­ лируемых трансформаторов в процентах от полного пе­

риода наблюдений.

1—для подстанции со смешанной нагрузкой и числом часов наб­ людений 3,5 тыс.; 2—для проходной подстанции со смешанной нагрузкой и числом часов наблюдений 5,0 тыс.; 3—для тупико­ вой сельскохозяйственной подстанции и 3,0 тыс. часов наблю­ дений.

до +7,5%'. В отдельных случаях могут быть оправданы также пределы от —15 до +5%. При наличии запаса в повышающих напряжение ступенях последние следует использовать для встречного регулирования напряже­ ния на подстанциях, питающих распределительные сети. Повышение напряжения за счет этих ступеней в часы максимальных нагрузок поможет улучшить качество на­ пряжения и снизить затраты на дополнительное регули­ рование,

119

в) Влияние величины ступени на показатели регулирования напряжения

При работе регулируемых трансформаторов в любых точках подключенной к ним сети и у токоприемников бу­ дут иметь место скачкообразные колебания напряжения, обусловленные ступенчатостью регулирования. Так как в общем случае при переключениях напряжение будет изменяться на величину ступени регулирования, то эти колебания будут тем заметнее, чем больше величина ступени. Соответственно будет изменяться и качество напряжения; при больших ступенях ухудшается работа таких распространенных потребителей электроэнергии, как ламп накаливания, телевизоров, радиоприемников, киноаппаратуры и др.

Кроме того, в промежутки времени между двумя срабатываниями имеет место плавное изменение напря­ жения в некоторых пределах, определяемых зоной нечув­ ствительности регулирующего устройства. Так как эта величина зависит от ступени регулирования (она всегда больше ступени), то при больших ступенях действитель­ ные уровни напряжения в сетях могут существенно от­ личаться от расчетных. Последнее затрудняет сохране­ ние отклонений напряжения у потребителей в пределах норм, а также снижает размер располагаемой потери напряжения в отходящих сетях. Как было показано вы­ ше, допустимые потери в сетях с учетом ступенчатости

оружения сетей за счет применения более тяжелых про­ водов или установки дополнительных регулирующих устройств в отдельных точках сети.

Изменение величины ступени регулирования повлияет также на стоимость самого регулирующего устройства. Известно, что изготовление большого числа типоразме­ ров регулирующего оборудования сопряжено со значи­ тельными производственными затратами. С другой сто­ роны, увеличение типов и мощностей переключающих устройств существенно облегчает экономичную эксплуа­ тацию сетей, так как для большего количества случаев можно применить оптимальные конструкции этих устройств. Напротив, применение только одного вида

120

переключающего оборудования резко сократит число возможных случаев его использования.

Существующие конструкции отечественных регулято­ ров трансформаторного типа изготовляются с одинако­ вым количеством повышающих и понижающих ступеней регулирования размером в 2; 2,5 и 5%. При этом одно и то же оборудование переключения нередко принимает­ ся для широкого диапазона мощностей, что влияет на стоимость трансформаторов, так как для части типораз­ меров оно оказывается выбранным с запасом. Отметим, что регулируемые трансформаторы зарубежного произ­ водства имеют самые разнообразные количества и вели­ чины ступеней регулирования и для них применяют раз­ личную вспомогательную аппаратуру, позволяющую по­ лучать любые сочетания пределов регулирования. Ниже в качестве примера приведены возможные размеры сту­ пеней регулирования и их количество, принятые для трансформаторов бельгийского производства:

Следует заметить, что изготовление очень большого числа типоразмеров трансфрматорных регуляторов с са­ мыми разнообразными характеристиками в зарубежных условиях является следствием конкуренции между от­ дельными фирмами и не всегда подчинено требованиям эксплуатации. К тому же выбор отдельных параметров регулирования напряжения трансформаторов в ряде случаев принимается без достаточного обоснования.

Как было показано, изменение величины ступени регулирования влияет не только на качественные, но и на экономические показатели регулирования напряже­ ния. Поэтому выбор ступени регулирования производит­ ся с учетом многих факторов и в первую очередь двух основных зависимостей: 1) характеризующих затраты на сооружение сети при использовании регулятора данного типа и 2) характеризующих стоимость изготовления дан­ ного регулирующего устройства.

121

На рис. 48 показано изменение среднего значения До­ полнительных затрат для воздушных линий напряже­ нием 6—10 кв (кривая 1) в зависимости от зоны нечув­ ствительности регулятора, установленного в точке пита­ ния этих линий. Сумма затрат для каждого значения зоны нечувствительности складывается из стоимости до-

Рис. 48. Зависимость среднего значения удельных затрат на дополнительное регули­ рование напряжения в сетях от величины зоны нечувствительности (/) и зависимость затрат на изготовление трансформаторов

от ступени регулирования (2).

Ь%— погрешность регулирующего устройства.

полнительного регулирования напряжения в тех точках сети, где отклонения напряжения у потребителей превы­ шают нормы вследствие колебаний напряжения, обу­ словленных зоной нечувствительности. Характер приве­ денной кривой указывает на резкое ухудшение качества напряжения, вызывающее соответственное увеличение затрат на дополнительное регулирование при увеличе­ нии зоны нечувствительности питающего регулятора свыше 2—3%'. При зонах 5—5,5% регулирующий эффект устройства сводится на нет, так как практически для всех потребителей сети требуется дополнительное регу-

122