5.3.3. Регулирование напряжения трансформаторов

Небольшие (менее 10 %) колебания напряжения трансформатора при изменении нагрузки отрицательно влияют на приёмники электро-энергии. Повышение напряжения в сети выше номинального U_Н уско-ряет износ изоляции и сокращает срок службы электрооборудования. Снижение напряжение уменьшает вращающий момент электродвигателей, свечение ламп, теплоотдачу электронагревателей. Поэтому недопустимо отклонение напряжения сети более ± 5 % номинального U_Н.

Такое качество напряжения сети не обеспечивается регулированием генераторов электростанций, и достигается за счёт установки в силовых трансформаторах устройств для регулирования напряжения.

В одной обмотке, обычно ВН, выделяют регулировочную часть РЧ и делят её на ступени с требуемым числом витков Δw (рис. 5.14). Концы ступеней ответвлениями Х1–Х3 присоединяют к переключающему устройству, которым можно соединить один провод сети с любым ответвлением. Другой провод соединён с началом А обмотки. Регулирование основано на том, что при переключении ответвлений изменяется число витков обмотки ВН, коэффициент трансформации k₁₂ = w₁/w₂ и

вторичное напряжениеU₂ = U₁/k₁₂.

Пусть первичное напряжение U_1Н по-дано на начало А и ответвление Х2 обмот-ки ВН (рис. 5.14), число витков между А и Х2 равно w₁₍₂₎, тогда k₁₂ = w₁₍₂₎/w₂, а вторич-ное напряжение U₂ = U_1Н /(w₁₍₂₎/w₂) = U_2Н. Число витков одной ступени регулирования Δw = 0,05w₁₍₂₎.

При снижении U₁, например на 5 %, до 0,95U_1Н вторичное напряжение U₂ так-же понизится до 0,95U_2Н. Для повышения U₂ = U₁/k₁₂ до U_2Н следует уменьшить k₁₂ за счёт уменьшения числа витков первич-ной обмотки w₁ на 5 %.

Для этого подвижный контакт П пе-

реключателя перемещают на ответвление Х1, число витков первичной обмотки уменьшится w₁₍₁₎ = 0,95w₁₍₂₎, а вторичное напряжение повысится U₂ = U₁/k₁₂ = 0,95U_1Н /(0,95w₁₍₂₎ /w₂) = U_1Н /(w₁₍₂₎ /w₂) = U_2Н.

Применение обмотки ВН для регулирования связано с тем, что в ней много витков и легко подобрать нужное число витков ступени ре-гулирования. Кроме того, ток в обмотке ВН меньше и переключающее устройство будет более компактно и экономично, чем на стороне НН.

В основном применяют механические переключающие устрой-ства, по виду которых различают два способа регулирования.

1. Регулирование с полным отключением трансформатора от сети, или переключение без возбуждения (сокращенно ПБВ).

Трансформатор следует отключить от сети со стороны ВН и НН. Затем перевести в нужное положение размещенную на крышке бака рукоятку 13 переключателя 10 (рис. 2.7) вручную или, реже, при помощи установленного на трансформаторе привода с дистанционным управлением. После этого трансформатор включают в сеть.

Недопустимо ПБВ при отключении трансформатора только со стороны ВН, так как из сети может поступать напряжение на обмотку НН, вследствие чего в обмотке ВН индуктируется ЭДС и появится высокое напряжение на вводах ВН 12. Расстояние от них до рукоятки 13 переключателя невелико (рис. 2.7), и практически неизбежно пораже-ние высоким напряжением оператора, выполняющего переключение.

Напряжение трансформаторов с ПБВ регулируют в четыре ступе-ни по 2,5 % номинального напряжения на ступени. Пределы отклонения напряжения ±2×2,5 %, величины напряжения 95; 97,5; 100; 102,5; 105 % номинального. Ранее применяли ПБВ в две ступени в пределах ±5 % с величинами напряжения 95; 100; 105 % номинального (рис. 5.14).

В многослойных цилиндрических обмотках (§ 2.2) регулировоч-

ную часть размещают в наруж-ном слое (рис. 5.15, а). Витки регулировочных ступеней отключаются симметрично отно-сительно середины обмотки. Это уменьшает магнитную не-симметрию обмотки и действующие на неё осевые электромагнитные силы (см. § 9.2).

С той же целью у непрерывных катушечных обмоток

отключаемые катушки размещают в середине обмотки (рис. 5.15, б, в).

В трансформаторах мощностью до 1600 кВ·А и напряжением до 38,5 кВ с соединением обмотки ВН в звезду часто применяют схему (рис. 5.15, а, б) с общим трёхфазным переключателем, замыкающим подвижным контактом 1 (рис. 5.16, а) ответвления фаз в нейтрали. Это упрощает изоляцию переключателя, так как напряжения между ответ-влениями разных фаз у нейтрали невелики. Для катушечных обмоток применяют оборотную схему (5.15, б), в которой верхнюю и нижнюю части обмотки для согласования ЭДС наматывают в разные стороны.

При напряжениях 3–220 кВ применяют прямую схему регулирования (рис. 5.15,в), в которой напряжения между ответвлениями разных фаз достигают номинальных и необходима хорошая изоля-ция переключателя. Поэтому в корпусе переключателя по высоте устанавливают три независимых системы контактов (рис. 2.7), каж-

дая из них соединяет ответвления одной фазы (А на рис. 5.16, б).

Для схем обмоток звезда и треугольник применяют один вид переключателя, так как напряжение между его неподвижными контактами 2 (рис. 5.15, в) в этих схемах одинаково и не превышает 0,1U_НФ.

При соединении многослойных цилиндрических обмоток в треугольник напряжение между контактами переключателя достигает номинального, что увеличивает размеры и стоимость переключателя.

К недостаткам ПБВ относятся большая длительность процесса регулирования из-за отключения трансформатора, а также перерыв в электроснабжении потребителей. Поэтому ПБВ применяют несколько раз в год в основном при сезонных изменениях нагрузки.

2. Регулирование под нагрузкой (сокращённо РПН) осуществляется без перерыва нагрузки и отключения трансформатора от сети за счёт установленного на трансформаторе устройства РПН с автоматическим или ручным дистанционным управлением.

Вследствие более сложного устройства РПН при малых мощнос-тях трансформатор с РПН намного дороже, чем с ПБВ. Поэтому РПН применяют в трансформаторах мощностью 1000 кВ·А и выше классов напряжения 35–330 кВ. В силовых трансформаторах общего назначения напряжением до 35 кВ включительно мощностью 1000–6300 кВ·А

напряжение регулируется в пределах ±4×2,5 % или ±6×1,5 %, свыше 6300 кВ·А – ±8×1,5 %. При напряжениях 110, 220 и 330 кВ пределы регулирования равны соответственно ±9×1,78 %; ±12×1 %; ±8×1,5 %.

Регулировочную часть наматывают снаружи основной части об-мотки ВН в форме концентрического цилиндра. Витки одной ступени регулирования занимают один слой по всей высоте обмотки, чтобы её магнитная симметрия не нарушалась при отключении ступени.

Чтобы в момент переключения избежать разрыва тока, соседние ответвления соединяют между собой контактами переключающего устройства и витки ступени регулирования Δw замыкаются накоротко (рис. 5.14). Под действием ЭДС ΔЕ (рис. 5.17) в замкнутом контуре ступени течёт ток короткого замыкания, его умень-шают токоограничивающими элементами.

Наиболее часто в трансформаторах мощностью до 6300 кВ·А применяют для РПН быс-тродействующие переключатели с малогабаритными токоограничивающими резисторами.

До переключения (рис. 5.17) ток I идёт че-рез контакт 3 быстродействующего переключа-теля П и подвижный контакт переключателя П2 к ответвлению X2. Для перехода с X2 на ответв-

ление X3 обесточенный контакт П1 переводится на X3. Контакт переключателя П поворачивается по часовой стрелке и без разрыва цепи отключается от контактов 3, 4 и касается контактов 1, 2. В момент пе-реключения контакт П касается только контактов 1 и 4, замыкая ответвления X2 и X3 через токоограничивающие резисторы R₁ и R₂. Во избежание их перегрева время протекания тока короткого замыкания составляет сотые доли секунды. После переключения ток идёт через контакт 2 переключателя П и подвижный контакт П1 к ответвлению X3.

Для защиты масла в основном баке от загрязнения переключатель П и резисторы R₁, R₂ размещают в отдельном залитом маслом баке.

Также применяют устройства РПН с токоограничивающими реакторами (индуктивными сопротивлениями) [5, 8, 14].

В системах РПН с механическими переключателями время перехода с одной ступени на другую (соседнюю) составляет около 3 с.

Для стабилизации и регулирования напряжения также применяют полупроводниковые системы на основе тиристоров [16, 21].