1.8. Регулирование напряжения трансформаторов

1.8.1. Принципы регулирования

Изменение напряжения трансформаторов u₂% в самых неблагоприятных случаях может достигать 6-14%. По условиям эксплуатации электрических сетей такое изменение напряжения недопустимо, поскольку уменьшение напряжения даже на 3-5% по сравнению с номинальным приводит к увеличению токов, потребляемых электрическими машинами. Для поддержания вторичного напряжения в необходимых пределах используются устройства регулировки напряжения. Как было показано ранее соотношение между первичным и вторичным напряжениями зависит от коэффициента трансформации k_т, который определяется, как соотношение чисел витков обмоток

k_т=w₁/w₂U₁/U₂ или U₂U₁w₁/w₂.

Следовательно для регулирования вторичного напряжения требуется изменять число витков одной из обмоток. Для этой цели обмотка выполняется с рядом ответвлений, и для регулирования напряжения производится переключение этих ответвлений с помощью переключающего устройства, чем обеспечивается ступенчатое регулирование. Переключение ответвлений может производиться при отключении трансформатора от сети или же без отключения. В первом случае переключение называется ПБВ (переключение без возбуждения), а во втором – РПН (регулирование без перерыва нагрузки). Рассмотрим эти способы регулировки напряжения.

1.8.2. Трансформаторы с переключением ответвлений без возбуждения

При использовании способа ПБВ максимальное изменение напряжения относительно номинального составляет 5%. Трансформаторы малой и средней мощности имеют по три ответвления на фазу (+5, 0, -5%). Трансформаторы большой мощности обычно имеют по пять ответвлений на фазу (+5%; +2,5%; 0; -2,5; -5%), но встречаются конструкции и с большим количеством ответвлений. Обычно ответвления выполняются у обмотки ВН, поскольку ток в её цепи меньше и поэтому отводы и переключатель получаются более компактными. Так как число витков обмотки ВН больше, то обеспечить изменение количества витков на 2,5% можно выполнить более точно. Переключаемые участки обмоток между ответвлениями стараются располагать по высоте обмотки в её средней части, чтобы распределение токов по отношению к ярмам при работе на различных ответвлениях было симметричным.

На рис. 1.28 показаны наиболее характерные схемы выполнения обмоток с ответвлениями.

Рис. 1.28. Схемы обмоток с ответвлениями для регулирования напряжения

Схема 1.28а применяется при многослойной цилиндрической обмотке мощностью до 160 кВА и ответвления располагаются в крайнем цилиндрическом слое. По схеме 1.28б выполняются ответвления в многослойной цилиндрической катушечной обмотке при напряжении до 38,5 кВ. Обмотка выполняется из двух частей, намотанных в разные стороны, чтобы ЭДС и намагничивающие силы двух частей обмоток складывались, а не вычитались.

Схема рис. 1.28в используется для тех же обмоток, что и схема рис.1.28б, но при напряжениях до 220 кВ. В этой схеме обмотка также состоит из двух частей и имеет переключатель в каждой фазе, который и обеспечивает правильность включения отводов.

Переключатель, осуществляющий переключение ответвлений, имеет систему неподвижных контактов, соединенных с ответвлениями обмотки, и систему подвижных контактов. В схемах рис.1.28а,б применяется общий переключатель для всех трех фаз (рис.1.29). Это объясняется тем, что в этих схемах ответвления выполнены в конце обмотки и при включении обмотки в звезду напряжение между контактами соседних фаз переключателя не превышает 10% линейного напряжения трансформатора.

Рис.1.29. Трансформатор с контактным переключателем числа витков

В схеме рис.1.28в каждая фаза имеет свой переключатель так как в этом случае напряжение между ответвлениями разных фаз может достигать 50% от номинального.

В трансформаторах с ПБВ во избежание короткого замыкания части обмотки между соседними ответвлениями переключение обмоток допускается только после отключения трансформатора от первичной и вторичной сетей.

Переключатель располагается на крышке или стенке бака трансформатора, переключение осуществляется вручную. Регулирование напряжения таким переключателем осуществляется при сезонных изменениях нагрузки или при изменении нагрузки в течении суток.