Устройство и принцип работы реечного переключателя обмоток ПБВ у силового трансформатора

Устройство и принцип работы реечного переключателя обмоток ПБВ у силового трансформатора

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».
В статье про приемо-сдаточные испытания трансформатора ТМГ11-1600 я рассказывал, что переключение ответвлений обмоток у силового трансформатора осуществляется с помощью переключателя ПТРЛ.

Регулирование ступеней напряжения производится в ручную на стороне высокого напряжения (ВН) в пределах от -5% до +5% (ступенями по 2,5%) от номинального напряжения 6-10 (кВ) без возбуждения (ПБВ), т.е. при обязательном отключении силового трансформатора от сети, причем, как по высокой стороне (ВН), так и по низкой (НН).

Регулирование напряжения по высокой стороне (ВН) позволяет упростить конструкцию переключателя из-за меньших токов по сравнению с обмоткой низкого напряжения (НН). Кроме того, обмотка высокого напряжения (ВН) имеет гораздо больше витков, а значит регулирование напряжения можно осуществлять гораздо точнее.

В основном, переключатели ответвлений выполняют на 3 или 5 ступеней регулирования, среднее положение у которых всегда соответствует номинальному напряжению.

При проведении очередных приемо-сдаточных испытаний у подобного трансформатора, правда чуть меньшей мощности (ТМЗ-630/10У1), у нас не проходили полученные значения омических сопротивлений обмоток ВН постоянному току, т.е. разница в измеренных сопротивлениях между фазами была существенная и значительно превышала норматив в 2%, причем на всех положениях переключателя ПБВ.

ПУЭ, Глава 1.8, п.1.8.16.4 и ПТЭЭП, Приложение 3, п.2.5:

РД 34.45-51.300-97 «Объем и Нормы испытаний электрооборудования», 6-ое издание, п.6.8:

В связи с этим было решено слить масло, вскрыть крышку трансформатора и проверить контакты в переключателе ПБВ. Вот я и решил заодно показать Вам устройство и принцип работы переключателя, как говорится не на словах, а на деле.

В рассматриваемом трансформаторе ТМЗ-630/10У1 установлен переключатель ПБВ реечного типа.

Помимо переключателей реечного типа, существуют переключатели и барабанного типа, но о них я расскажу Вам как-нибудь в другой раз, по мере подходящего случая.

Реечный переключатель расположен внутри трансформатора (в масле) прямо под крышкой бака, а его рукоятка выведена наружу.

Как я и говорил в начале статьи, переключение ответвлений обмоток происходит по высокой стороне (ВН).

Вот высоковольтные вводы (ВН) трансформатора.

А вот их вид, но уже при слитом масле внутри бака трансформатора.

Заодно покажу Вам и низкую сторону (НН).

Мне не удалось найти чертеж конструкции переключателя именно нашего трансформатора ТМЗ-630/10У1. Зато на глаза мне попался чертеж аналогичного (похожего) реечного переключателя ПТРЛ с 6 выводами на каждую фазу.

ПТРЛ расшифровывается, как:

• П — переключатель
• Т — трехфазный
• Р — реечный
• Л — лимбовый привод

Как видите, конструкция реечного переключателя обмоток ПБВ достаточно простая. На нижней неподвижной рейке установлены 18 выводов (6 на каждую фазу).

К каждому выводу подключено соответствующее ответвление от обмотки, согласно ниже представленной схемы («звезда» без нуля — Y).

Над неподвижной рейкой расположена подвижная рейка, на которой установлены 3 контактных перемычки (на каждую фазу своя перемычка).

Подвижная рейка соединена с валом ручного привода, при повороте которого она перемещается с определенным шагом через зубчатый сегмент и замыкает своими контактами (перемычками) соответствующие выводы ответвлений обмоток.

Фиксация положения рукоятки переключателя на определенной ступени осуществляется специальным фиксирующим устройством, расположенным на баке трансформатора.

Вернемся к нашей проблеме, по причине которой омическое сопротивление первичных обмоток постоянному току имели неодинаковые значения и выходили за рамки нормы.

Согласно руководства по эксплуатации реечных переключателей, пружины, прижимающие подвижный контакт (перемычку) должны быть сжаты на 1/3 длины от их разжатого состояния, а винты, сжимающие пружины должны быть законтрагаены. Видимо, со временем длительной эксплуатации гайки немного ослабли и, соответственно, ослаб сам контакт, что и давало разброс параметров по омическому сопротивлению.

В итоге сжимающие пружины и гайки затянули соответствующим образом, после чего все замеры пришли в норму.

Помимо представленной в статье схемы первичной обмотки «звезда» без нуля (Y), существует и схема «треугольника» (Д), причем переключение обмоток которой осуществляется аналогичным реечным переключателем с 6 выводами на фазу.

Ниже представлено еще две схемы, где переключение обмоток также происходит с помощью реечного переключателя ПТРЛ, но только с 5 выводами на фазу.

Схема соединения ответвлений обмоток по схема «звезда» без нуля (Y):

Схема соединения ответвлений обмоток по схема «звезда» с нулем (Y0):

Теперь Вы представляете себе устройство реечного переключателя и как происходит переключение обмоток трансформатора. Если у Вас напряжение в сети снизилось (увеличилось) меньше (больше) предельно-допустимого значения, то переключив ступени переключателя ПБВ можно привести выходное напряжение силового трансформатора в нормируемое значение.

Принцип работы реечного переключателя ответвлений обмоток у трансформатора более наглядно продемонстрирован в видеоролике.

Ответы на вопросы о трансформаторах.

За время работы нашей компании, а это, на минуточку, более 15 лет, нами был накоплен ценный опыт, который помогает в решении повседневных сложных задач наших заказчиков, и которым мы бы хотели поделиться с пользователями нашего сайта. Благодаря рубрике «Вопрос-ответ» мы производим обратную связь с нашими клиентами, и некоторые вопросы нам показались интересными. Одни вопросы задают очень часто, другие – не очень, однако, в любом случае, мы приняли решение осветить в данной статье те моменты, которые, безусловно, являются очень важными в процессе повседневной эксплуатации трансформаторов.

Итак, начнем с вопросов, которые являются ключевыми. На эти вопросы мы отвечали не раз, однако, они по-прежнему волнуют многих наших посетителей:

— На каком принципе основывается работа трансформатора?

Ответ: В основе принципа действия любого трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Т.е. явлении, связанном с возникновением электрического тока в замкнутом контуре трансформатора.

— Что такое анцапфа?

Ответ: Анцапфа – это, так называемый, переключатель ПБВ (сокр., переключение без возбуждения). В силовом трансформаторе такой переключатель устанавливается со стороны высшего напряжения (ВН) и предназначается, в первую очередь, для изменения коэффициента трансформации. При изменениях высшего напряжения в пределах +- 10% от номинального значения, анцапфа позволяет поддерживать напряжение на вторичной обмотке постоянным. Переключение положения ПБВ (анцапфы) необходимо производить только при отключенном трансформаторе (снимая напряжение на стороне ВН).

— Почему сердечник трансформатора изготавливают из нескольких изолированных пластин, а не из цельного куска стали?

Ответ: Сердечник трансформатора изготавливается с использованием изолированных пластин для уменьшения или практически полного исключения потерь, вызываемых протеканием вихревых токов. Таким образом, благодаря сердечнику из изолированных пластин, общая сумма потерь, будет в разы ниже, чем потери при использовании цельного сердечника. Стоит отметить, что сердечник может быть изготовлен цельным, однако, обязательным условием является высокое удельное сопротивление материала (это могут быть, например, ферритовые сплавы).

— Зачем пластины сердечника трансформатора стягиваются шпильками?

Ответ: Сделано это для того, чтобы обеспечить максимально плотное прилегание изолированных пластин друг к другу, а также, чтобы сделать пакет пластин сердечника прочным и достаточно устойчивым к механическим повреждениям.

— Что такое холостой ход трансформатора? Как трансформатор работает в этом режиме?

Ответ: Режим холостого хода трансформатора — это такой режим работы трансформатора, при котором одна из его обмоток запитана от источника переменного тока (напряжения) (линия электропередач), а цепи остальных обмоток разомкнуты. В реальности, такой режим работы встречается у трансформатора, в случае, когда он подключен к сети, а нагрузка, запитываемая от его вторичной обмотки, ещё не подключена.

За время ведения рубрики «Вопрос-ответ» нам не раз приходилось вникать в тонкости частных проблем, возникающих у пользователей. Часто, вопросы задают студенты, или просто люди сомневающиеся, как, например, в следующих вопросах:

— Что происходит на вторичных обмотках трансформатора в случае понижения напряжения на первичной обмотке трансформатора?

Ответ: Напряжение на вторичных обмотках трансформатора снижается строго пропорционально коэффициенту трансформации.

— Мы имеем в собственности шесть смежных земельных участков без электричества, однако, рядом проходит ЛЭП на 380В. Для целей электропитания будущих строений, мы собираемся приобрести понижающий трансформатор. Пожалуйста, подскажите какой выбрать?

Ответ: Для начала, необходимо определить планируемую суммарную мощность потребления. Здесь, следует учесть возможность увеличения количества потребителей (и соответственно увеличения потребления). Затем присылайте заявку нам, а мы, по Вашим данным, подберем подходящий вариант понижающего трансформатора.

Нам также задают вопросы, которые косвенно касаются выбора трансформатора. Можно назвать их «вопросы от любознательных». И хотя информацию по таким вопросам, часто, можно найти в открытом доступе, мы охотно идем навстречу:

— От чего зависит межповерочный интервал трансформаторов тока?

Ответ: Сроки межповерочных интервалов трансформаторов устанавливаются, непосредственно, заводом-изготовителем, исходя из характеристик данной конкретной модели трансформатора. Как правило, межповерочный интервал трансформатора составляет 4 года.

— Что означают обозначения обмоток защиты 5Р и 10Р на трансформаторе?

Ответ: Обозначения 5Р и 10Р применяются для отображения погрешности релейной защиты в 5% и 10% соответственно.

— Трансформатор тока и трансформатор оперативного тока – в чем разница?

Ответ: Главное отличие состоит в назначении этих трансформаторов. Трансформаторы тока предназначаются для преобразования тока до таких значений, которые были бы удобны для измерения, а, следовательно, используются для подключения различного измерительного оборудования. Трансформатор оперативного тока предназначается для питания различных цепей управления оборудованием (реле, приводы, и т.п.), автоматики, а также сигнализации и защиты.

— Чем отличаются трансформаторы с изолированной нейтралью и глухо заземленной нейтралью?

Ответ: В цепях трансформаторов с глухозаземленной нейтралью, вторичную обмотку соединяют по схеме «звезда с нулевым выводом», и поэтому такой трансформатор имеет 4 вывода. Один из выводов – нулевой. При этом, он соединен с контуром заземления. В цепях трансформаторов с изолированной нейтралью, используют схему соединения вторичной обмотки — «звезда», выводов при этом получается 3. Трансформаторы с глухозаземленной нейтралью, при обрыве одной из фаз – безопаснее, а с изолированной – не прекращают подачу электроэнергии.

Особенности работы пбв трансформатора и расшифровка

Потребители электрической энергии более эффективно работают при номинальном напряжении. Однако это условие для всех довольно сложно. Допустимым у потребителей является его отклонение до +5%. Чтобы достигнуть значения напряжения, близкого по значению к номинальныму, численность витков обмоток трансформатора изменяют. Осуществить это можно двумя способами:

• Связь регулировки напряжения с изменением количества витков Место установки анцапфы
• Способы ПБВ трансформатора
• Эксплуатация и ремонт устройств

• используя устройство ПБВ трансформатора;
• регулируя напряжение под нагрузкой.

Что это такое падение напряжения

Говоря упрощенно и что бы было понятнее- это энегрия(причем активная!) выделяемая в виде тепла.

Приведу пример. Для каждого сечения провода есть максимальный допустимый ток. Если к медному проводу сечением 2,5 кв. мм подключить однофазный электротел мощностью 9 кВт с потребляемым током 9000:220=41 ампер, то провод очень сильно будет греться.

Материал, из которого изготовлен провод- медь оказывает активное сопротивление электрическому току.

По закону Ома- электрический ток прямо пропорционален изменениям напряжения, поэтому при подключении электрокотла на этом участке провода увеличивается и напряжение и происходит нагрев провода.

Не понятно? Давайте еще подробнее. Допустим сопротивление провода0 1 Ом. Ток как уже определили- 41 ампер.

Тогда на проводе напряжение составит U=R*I= 41 Вольт

Это и есть падение напряжения на проводе. При этом будет выделяться мощность в виде тепла P=U*I=41*41=1681 Ватт

А это целый электрообогреватель мощностью 1,7 кВт!!!

Конечно такая рассеиваемая мощность в проводе приводит к перегреву и плавлению изоляции. Именно поэтому для каждого сечения ток ограничен.

В данном случае для 2,5 кв.мм допустимый ток 25-27 ампер.

Из всего вышесказанного следует:

При увеличении нагрузки- увеличивается ток и увеличивается падение напряжения и потери энергии в проводах

Другими словами- часть напряжения и энергии до наших розеток просто не доходит, а выделяется в воздух в виде тепла…

А сейчас самое важное!

Что бы компенсировать такие неизбежные потери энергии, на вторичной обмотке силового трансформатора повышают напряжение.

То есть повышают напряжение выше 10 000 Вольт- до 11, а то и больше киловольт. Тогда даже и если часть энергии “теряется” в проводах, у нас в квартирах и домах напряжение находится в пределах нормы- около 220 Вольт.

Связь регулировки напряжения с изменением количества витков

Имеется несколько методов поддержки значения напряжения у потребителей в надобных пределах. Среди них особое место занимает способ его регулирования. Достоинства этого способа являют собой:

• улучшение режима напряжения у потребителей;
• увеличение допустимой потери напряжения;
• повышение качества электроэнергии, которая доставляется потребителям.

При проектировании электрических сетей выбирают средства, границы и степени регулировки, место установки регуляторов, а также систему их автоматизации.

Значение первичного и вторичного напряжения прямо пропорционально зависит от числа витков обмоток, в которых оно протекает:

U 1 / U 2 ≈W 1 / W 2,

где U 1, U 2 — соответственно первичное и вторичное напряжение;

W 1 / W 2 — соответственно количество витков первичной и вторичной обмотки

Из этого вытекает, что для изменения напряжения на выходе трансформатора необходимо менять количество витков одной из обмоток. Благодаря этому обмотка, которая будет задействована в переключении, производится с ответвлениями.

Несмотря на простоту процесса, существуют и некоторые трудности. При переключении с одного ответвления на другое ни в коем случае нельзя разрывать цепь тока. Одновременно с этим требованием запрещается, чтобы контакты переключателя замкнули два соседних ответвления, иначе короткого замыкания этой части обмотки не избежать. А это, в свою очередь, приведёт к её повреждению из-за возникнувших больших токов.

Существует два способа для удовлетворения этих условий: переключение ответвлений обмоток после отключения от сети всех его обмоток и во время работы, при нагрузке.

Основные понятия о пбв трансформатора

ПБВ трансформатора имеет очень простую расшифровку, которая заключается в первых буквах слов — «переключение без возбуждения». Это означает, что все переключения необходимо проводить у трансформатора, который отсоединён от источника питания.

Но также широко известно другое название устройства пбв трансформатора — анцапфа. Анцапфа (переключатель) — это устройство, с помощью которого число витков обмотки допустимо изменить для регулирования выходного напряжения.

Переключатель предназначен для того, чтобы изменить коэффициент трансформации в пределах 5%, меняя задействованную в работе численность витков обмотки высокого напряжения.

Место установки анцапфы

У трансформаторов, которые имеют многослойную цилиндрическую обмотку при мощности до 560 кВА, месторасположение анцапфы находится возле нулевой точки.

Если трансформатор изготовлен мощностью до 1000 кВА, напряжением до 10 кВ и имеет непрерывные обмотки, применяют обратную схему с ответвлением около нулевой точки.

В трансформаторах свыше 1000 кВА и 35 кВ, применяется схема с регулировочным ответвлением в средине обмотки. При этом анцапфа состоит из трёх элементов. Они размещены на общей оси один поверх другого. Переключатель замыкает одновременно пару контактов в любой фазе. Этот вид конструкции переключателя наиболее дешёвый и менее габаритный.

Чтобы токи при переключении были невысокими, анцапфу всегда необходимо устанавливать в обмотку высокого напряжения. Этим достигается изготовление отводов и переключателя устройства более компактных габаритов. При этом витков у обмотки высокого напряжения намотано гораздо больше, благодаря чему достигается более высокая точность регулировки.

При переключении анцапфы с одной ступени на другую поворачивают рукоятку переключателя. Она расположена на крыше бака.

При регулировке способом без возбуждения отключение трансформатора вначале со стороны низкого, а затем высокого напряжения является обязательным условием.

Привод рукоятки переключателя закрыт колпаком. Около показателя рукоятки нанесены обозначения +5%, «Ном», —5%. При повороте показателя рукоятки на указание +5% включаются в действие все витки обмотки. При показании «Ном» — на 5% меньше. При установке на обозначение -5% в работе витков обмотки на 10% меньше.

В некоторых типах трансформатора вместо обозначений +5%, «Ном», -5% указываются цифры I, II, III. В таком случае показание I соответствует +5%, II — «Ном», III — 5%.

Если мощность трансформаторов находится в пределах от 25 до 6300 кВА, то их исполняют с ответвлениями при ручном переключении для регулировки напряжения в границах ±5% со ступенями по 2,5%.

Способы ПБВ трансформатора

Переключение трансформатора без возбуждения можно выполнить двумя способами:

1. Изменение напряжения при помощи первичной обмотки.
2. Регулирование установкой анцапфы во вторичной обмотке.

Если изменение напряжения производят с помощью первичной обмотки, то анцапфу устанавливают в ней. Этот метод находит применение только в понижающих трансформаторах. Этот метод носит также наименование регулирование напряжения изменением магнитного потока.

Невзирая на потерю напряжения в обмотке, можно принять U 1 ≈ Е 1. Электродвижущая сила в первичной обмотке меняться не будет из-за неизменных параметров: частоты и напряжения сети:

Е 1 = 4,44 f W 1 Ф м

Учитывая, что изменений частоты при работе не предвидится, произведение W 1 Ф м изменяться не будет. Поэтому магнитный поток можно уменьшить при подсоединении большего количества витков первичной обмотки. Например, чтобы достичь падения напряжения на зажимах вторичной обмотки на 2,5%, необходимо количество витков первичной обмотки увеличить на 2,5%.

Ответвляющие зажимы понижающих трансформаторов могут обеспечить надбавку +10%. Для этого к ним нужно подсоединить -5% витков.

К примеру, в зависимости от того зажима, к которому подсоединяется переключающее устройство, процент надбавки для понижающего трансформатора напряжением 10 кВ будет меняться.

Второй метод применяется в повышающих трансформаторах. Обмотка низкого напряжения (первичная) подключена к сети.

Если частота и напряжение неизменны, магнитный поток будет стабильным, а электродвижущая сила Е 2 будет изменяться в соответствии с изменением витков вторичной обмотки в зависимости от формулы:

Е 2 = 4,44 f W 2 Ф м

Формула свидетельствует о том, что если уменьшается количество витков на зажимах вторичной обмотки, то и напряжение уменьшится. Анализ формулы подтверждает, что численность витков и значение напряжения прямо пропорциональны.

Очень часто в повышающих трансформаторах для получения наивысшего напряжения уже подключено и учтено необходимое количество витков. Поэтому при работе вхолостую повышающий трансформатор будет без надбавки.

Эксплуатация и ремонт устройств

В трансформаторах 10% их поломок составляют неисправности, связанные с повреждением контактной системы анцапфы:

• Неплотное прилегание движимых и недвижимых частей контактов. Это происходит из-за снижения контактного давления, вследствие чего на поверхности контактов образуется оксидная плёнка.
• Со временем место соединения регулировочных ответвлений с частями переключающего устройства ослабевает.
• В течение продолжительного срока эксплуатации прочность соединения регулировочных ответвления и обмотки уменьшается. Основной причиной является некачественная пайка.

Все эти факторы приводят к нагреванию места повреждения, что впоследствии может вызвать аварийную поломку всего трансформатора. Поэтому техническое обслуживание и ремонт оборудования анцапфы занимают достойное место среди остального оборудования.

Первой операцией при ремонте устройства переключателя является осмотр. Оценивание состояния неподвижных и подвижных контактов необходимо, так как они в течение продолжительного времени при работе находятся в трансформаторном масле. Из-за этого покрываются оксидной плёнкой. Для её удаления необходимо основательно очистить контакты ветошью, которая предварительно была смочена очищенным бензином. Если контакты обгорели и оплавились, их заменяют новыми, которые можно приобрести, а можно изготовить самостоятельно. При самостоятельном изготовлении важным условием является подбор материалов для контактов, аналогичных по качеству заводским.

После замены повреждённых деталей затягивают крепления, проводят проверку на отсутствие заклинивания, правильности соприкосновения подвижных и неподвижных контактов, обновляют надписи возле крышки переключателя.

После выполнения всех операций наладки анцапфы необходимо испытание качества её работоспособности. Для этого производятся переключения на все ступени в течение десяти циклов. Помех в работе устройства прослеживаться не должно.

Несовершенством всех настоящих способов регулирования без возбуждения является то, что для переключения ветвей надо отключать трансформатор от источника питания. Это создаёт перебои в поставке электроэнергии потребителям.

Общераспространённым является метод регулирования напряжения под нагрузкой.

Устройство анцапфы

Анцапфа трансформатора – это простое устройство в виде виткового соединения, которое сопряжено с переключателем и обмоткой по высокой стороне. Корректировка выполняется в два направления: на повышение (убавление) и на понижение (добавление). Все это характеризуется физическим законом Ом, которое предполагает пропорциональное соотношение сопротивления к уровню напряжения.

Чтобы понять, в каком положении анцапфа трансформатора, необходимо посмотреть на условные обозначения шильды. Каждый шаг предполагает изменение на 2,5% в сторону уменьшения или увеличения. Для поддержания стабильности сопротивления контактов используется пружинное приспособление.

Заметим, что с течением времени сопротивление изоляции может снижаться, поэтому перевод устройства необходимо выполнять не менее 2 раз в год. Раз в год следует осуществлять физические измерения обмоток с использованием мегомметра или других приспособлений службы изоляции.

Переключение без возбуждения – ПБВ трансформатора

В некоторых случаях возникает необходимость изменения характеристик трансформатора в процессе эксплуатации. Рассмотрим особенности конструкции и принцип действия ПБН трансформаторов, порядок регулировки, диапазон действия и прочие сопутствующие вопросы.

1. Что такое ПБВ
2. Конструкция, принцип действия
3. Как проводится регулировка
4. Классификация
5. Преимущества и недостатки
6. На какие проценты может регулироваться напряжение
7. Защита ПБВ

Конструкция, принцип действия

ПБВ включает следующие элементы:

• избиратель – переключатель между ответвлениями;
• приводной механизм.

В зависимости от конструкции и мощностных характеристик трансформатора, переключатель может приводиться в действие посредством ручного или механизированного привода. Механизированный привод предусматривает непосредственное и дистанционное включение.

При ручном приводе переключение производится с помощью рукоятки, выведенной за корпус агрегата.

К конструкции указанных переключателей предъявляются следующие требования:

• обеспечение надлежащей температуры контактных и токоведущих элементов при прохождении через них электрического тока;
• способность выдерживать прохождение тока при коротком замыкании;
• показатель ресурса в пределах до 2 тысяч переключений;
• надёжную изоляцию.

Данное устройство может устанавливаться для изменения количества работающих витков на входной и выходной катушке.

Учитывая, что параметры напряжения на выходе определяются количеством витков в выходной и входной обмотке, переключатель изменяет данную характеристику на одной из катушек, позволяя добиться необходимого результата.

РПН и телемеханика: автоматизация корректировки напряжения

Переключение анцапфы трансформатора крайне важная процедура, особенно для подстанций от 110 кВ и выше. Как отмечалось ранее, процесс предполагает задействование РПН, переключение которого можно вывести на пульт диспетчера. Для этого используется телемеханика, которая по оптоволоконному кабелю способная отправить сигнал на повышение или понижение уровня напряжения.

Общая схема предполагает следующие элементы в цепочке:

1. Наличие серверной, которая отправляет и получает сигнал на подстанцию, а также компьютера в диспетчерской. Передача информации предполагает применение проводника, где чаще всего используется оптоволокно. Здесь также распространены случаи витой пары, но скорость передачи информации значительно уступает.
2. На подстанции в шкафу телемеханики происходит подключение кабеля в блок, который взаимодействует с РПН. На выходе появляется два вида команд повышение/понижение. После проведения операции отдается ответ на сервер, что проявляется в исполнении или неисполнении задачи.
3. Чтобы определить уровень напряжения, на компьютер выводятся телеизмерения. При регулировке последние должны изменяться вверх или вниз в зависимости от посланного сигнала.

Автоматика и телемеханика обеспечивают существенный комфорт в ведении режимных указаний. Выстраивание системы во многом зависит от используемых технологий и технических средств. Следует отметить, что выстраивание автоматизированной системы работы – следующий шаг комфортного регулирования режима согласно графику.

Как проводится регулировка

Порядок проведения регулировки предусматривает следующие операции:

• в начальном положении витки замкнуты, согласно нахождению замыкающих элементов избирателя;
• агрегат отключается от напряжения;
• поворотом рукоятки или включением механизированного привода перемещается замыкающий элемент избирателя с изменением рабочего количества витков на обмотке;
• агрегат включается в сеть.

Переключение производится на необходимое значение, согласно требуемым характеристикам потребляющего оборудования.

Как регулируется напряжение

Как можно изменять вторичное напряжение на понижающем трансформаторе? Можно изменять напряжение, подводимое к первичной обмотке- тогда на вторичной оно будет изменяться прямо пропорционально.

Но этот вариант не подходит, так как у трансформаторов, подключенных к сети 110 кВ разная загруженность- у одних может быть 100% нагруженность, у других- 20-50% и т.д.

И при этом способе напряжение на выходе будет меняться одновременно на всех- и там где надо и там где не надо…

А трансформаторов подключено не просто много- а очень много!

Поэтому применяют другой способ.

Напряжение регулируется изменением коэффициента трансформации самого трансформатора

Изменяется количество витков первичной обмотки трансформатора.

А почему именно в первичной?

В принципе можно было бы изменять и на вторичной обмотке- коэффициенту без разницы, он все равно будет изменяться, так как будет меняться соотношение витков первичной к вторичной обмотками.

Однако изменяют именно на высокой стороне- где выше напряжение. Почему?

Все очень просто. Где выше напряжение- там меньше величина электрического тока.

А так как регулировка напряжения происходит под нагрузкой- то есть трансформатор не отключают, то при изменении витков обмотки- при коммутации- появляется электрическая дуга в месте переключения контактов.

А чем больше ток— тем больше дуга, а эту дугу надо обязательно гасить…

Кстати значения тока между первичной и вторичной обмотками различается очень значительно. Например на вторичной нагрузке ток в 300 ампер вполне допустим, а для первичной максимальный ток является 25-30 ампер.

Думаю не надо объяснять что переключать контакты при токе в 300 ампер гораздо сложнее чем при 30, согласитесь)))

А где находятся эти контакты? В баке трансформатора сделаны отводы от первичной обмотки для изменения коэффициента трансформации и выведены в отдельный отсек, где и происходит переключение с помощью специального механизма.

Снаружи на баке трансформатора прикреплен привод этого механизма, называется он

Классификация

В зависимости от особенностей конструктивного устройства, различают переключатели следующих типов:

• с ручным или механизированным приводом;
• непосредственного или дистанционного включения;
• однофазного и трёхфазного;
• барабанного, оборудованные контактом в виде кольца, сегмента или ламели;
• реечного.

Устройства могут предназначаться для использования в агрегатах различного напряжения и силы тока.

Преимущества и недостатки

ПБВ – компактный и простой переключатель, в чём преимущество данного устройства перед РПН, переключающими трансформатор без снятия нагрузки.

К недостаткам следует отнести необходимость полного отключения агрегата для проведения регулировки. Но данным минусом можно пренебречь, если оборудование запитано от двух трансформаторов, один из которых выступает в роли резервного.

Также недостатком устройства является высокая степень окисления замыкающих контактов в процессе эксплуатации. Данная особенность составляет проблему, если переключение производится не слишком часто. Поэтому устройство нуждается в проведении периодическом техническом обслуживании.

Применение ПБВ позволяет добиться следующих положительных результатов:

• улучшить режим энергоснабжения потребителей;
• увеличить допустимые потери напряжения;
• повысить качественные характеристики электрического напряжения, подающегося на запитанное оборудование.

Простота конструкции обеспечивает высокую степень надёжности устройства.



Для нормальной работы потребителей необходимо поддерживать определенный уровень напряжения на шинах подстанций. В электрических сетях предусматриваются способы регулирования напряжения, одним из которых является изменение коэффициента трансформации трансформаторов.

Известно, что коэффициент трансформации определяется как отношение первичного напряжения ко вторичному, или

где w1 w2 — число витков первичной и вторичной обмоток соответственно.

Отсюда U2 = U1w2/w1.

Обмотки трансформаторов снабжаются дополнительными ответвлениями, с помощью которых можно изменять коэффициент трансформации. Переключение ответвлений может происходить без возбуждения (ПБВ), т.е. после отключения всех обмоток от сети или под нагрузкой (РПН).

Рис.1. Схема регулирования напряжения ПБВ: а — ответвления вблизи нулевой точки обмотки ±5% с трехфазным переключателем на три положения, б — ответвления в середине обмотки ±2×2,5% с однофазными переключателями на пять положений (фаза А); 1 — неподвижный контакт, 2 — сегмент контактный; 3 — вал переключателя, 4 — контактные кольца

Устройство ПБВ позволяет регулировать напряжение в пределах ±5%, для чего трансформаторы небольшой мощности кроме основного вывода имеют два ответвления от обмотки высшего напряжения: +5% и -5% (рис.1,а). Если трансформатор работал на основном выводе 0 и необходимо повысить напряжение на вторичной стороне U2, то, отключив трансформатор, производят переключение на ответвление -5%, уменьшая тем самым число витков w1.

На трансформаторах средних и больших мощностей предусматриваются четыре ответвления ±2х2,5%, переключение которых производится специальными переключателями барабанного типа, установленными отдельно для каждой фазы (рис.1,б). Рукоятка привода переключателя выведена на крышку трансформатора.

При замыкании роликом переключателя контактов A4-A5 трансформатор имеет номинальный коэффициент трансформации. Положения А3-А4 и А2-А3 соответствуют увеличению коэффициента трансформации на 2,5 и 5%, а положения А5-А6 и А6-А7 — уменьшению на 2,5 и 5%.

Устройство ПБВ не позволяет регулировать напряжение в течение суток, так как это потребовало бы частого отключения трансформатора для производства переключений, что по условиям эксплуатации практически недопустимо. Обычно ПБВ используется только для сезонного регулирования напряжения.

Регулирование под нагрузкой (РПН) позволяет переключать ответвления обмотки трансформатора без разрыва цепи. Устройство РПН предусматривает регулирование напряжения в различных пределах в зависимости от мощности и напряжения трансформатора (от ±10 до ±16% ступенями приблизительно по 1,5%).

Рис.2. Устройство РПН трансформаторов а — схема включения регулировочных ступеней, Аb — основная обмотка, bс — ступень грубой регулировки, de — ступени плавной регулировки, П — переключатель, И — избиратель, б — переключающее устройство РНТ-13, 1 — переключатель, 2 — горизонтальный вал, 3 — кожух контакторов, 4 — вертикальный вал, 5 — коробка привода, 6 — бак трансформатора

Регулировочные ступени выполняются на стороне ВН, так как меньший по значению ток позволяет облегчить переключающее устройство. Для расширения диапазона регулирования без увеличения числа ответвлений применяют ступени грубой и тонкой регулировки (рис.2). Наибольший коэффициент трансформации получается, если переключатель П находится в положении II, а избиратель И — на ответвлении 6. Наименьший коэффициент трансформации будет при положении переключателя I, а избирателя — на ответвлении 1.

На рис.2,б показана схема расположения элементов переключающего устройства РНТ-13, применяемого на трансформаторах средней мощности.

Рис.3. Схема и последовательность переключений устройства РПН с токоограничивающими сопротивлениями

Переход с одного ответвления регулировочной обмотки на другое осуществляется так, чтобы не разрывать ток нагрузки и не замыкать накоротко витки этой обмотки. Это достигается в специальных переключающих устройствах с реакторами или резисторами. Схема с резисторами (рис.3) обладает рядом преимуществ перед схемой с реакторами и получает все более широкое применение. На рис.3 показаны регулировочная часть обмотки de и переключающее устройство.

Последовательность работы контакторов и избирателей показана в таблице к рис.3. В исходном положении 0 трансформатор работает на ответвлении 5, ток нагрузки проходит через контакт К1. Допустим, что необходимо уменьшить число витков в регулировочной обмотке, т.е. перейти на ответвление 4. Последовательность работы элементов РПН в этом случае будет следующей: обесточенный избиратель И2 переводится в положение 4, затем отключается К1 и ток нагрузки кратковременно проходит по R1 и К2; при третьей операции замыкается КЗ, при этом половина тока нагрузки проходит по R1 и К2, а половина — по R2 и КЗ, кроме того, витки регулировочной обмотки 5 — 4 оказываются замкнутыми через R1 и R2 и по ним проходит ограниченный по значению циркулирующий ток; при следующих операциях (4 и 5) размыкается К2 и замыкается К4, при этом ток нагрузки проходит по регулировочной обмотке на ответвление 4, избиратель И2, контакты К4 к выводу 0.

В переключателях данного типа используются мощные пружины, обеспечивающие быстрое переключение контактов контактора (

В современных устройствах РПН для коммутации тока находят применение вакуумные дугогасительные камеры. Благодаря этому трансформаторное масло не используется в качестве дугогасительной среды и не требуется его смена в процессе эксплуатации. Переключающие устройства РНТА235/1000 применяются на преобразовательных трансформаторах с интенсивным режимом работы переключений.

Дальнейшим совершенствованием РПН является применение тиристорных переключателей. Тиристоры срабатывают в моменты переходов тока нагрузки через нуль и последовательно включают необходимую комбинацию вторичных обмоток.

Рис.4. Схема регулирования напряжения в автотрансформаторе (показана одна фаза) а — ответвления в нейтрали (без реверса) б — ответвления на линейном конце обмотки СН (с реверсом)

Регулирование напряжения в автотрансформаторах имеет некоторую особенность. Если ответвления выполнить в нейтральной точке (рис.4,а), то это позволяет облегчить изоляцию переключающего устройства и рассчитать его на меньший ток, так как в общей обмотке автотрансформатора проходит разность токов. Такое регулирование называется связанным, т.е. при переключении ответвлений одновременно меняется количество витков ВН и СН. Это приводит к резким изменениям индукции в сердечнике и колебаниям напряжения на обмотке НН.

Независимое регулирование в автотрансформаторе можно осуществить с помощью регулировочной обмотки на линейном конце среднего напряжения (рис.4,б). В этом случае переключающее устройство должно быть рассчитано на полный номинальный ток, а изоляция его — на полное напряжение средней обмотки.

Такие переключающие устройства на ток 2000 А с изоляцией классов 110 и 220 кВ позволяют обеспечить РПН для автотрансформаторов больших мощностей. Регулирование осуществляется с помощью трех однофазных регуляторов, имеющих электропривод с автоматическим управлением.

Рис.5. Схема включения последовательного регулировочного трансформатора в цепь автотрансформатора

Для регулирования напряжения под нагрузкой на мощных трансформаторах и автотрансформаторах применяются также последовательные регулировочные трансформаторы (рис.5) Они состоят из последовательного трансформатора 2, который вводит добавочную ЭДС в основною обмотку автотрансформатора 1, и регулировочного автотрансформатора 3, который меняет эту ЭДС. С помощью таких трансформаторов можно изменять не только напряжение (продольное регулирование) но и его фазу (поперечное регулирование). Устройство таких трансформаторов значительно сложнее, чем РПН, поэтому они дороже и применение их ограничено.

Одним из видов последовательных регулировочных трансформаторов являются линейные регуляторы, которые включаются последовательно в линию или в цепь трансформатора без РПН, обеспечивая регулирование напряжения в пределах ±10-15%.

Рис.6. Включение регулировочного трансформатора со стороны НН автотрансформатора

Широкое применение линейные регуляторы находят на подстанциях с автотрансформаторами (рис.6). На стороне СН регулирование напряжения обеспечивается встроенным в автотрансформатор 1 РПН, а на стороне НН устанавливается регулировочный трансформатор 2, снабженный автоматическим регулированием напряжения. Регулировочные трансформаторы типа ЛTM выпускаются мощностью 1,6-6,3 MBА на напряжение 6-10кВ, типов ЛТМН, ЛТДН-16-100 MBА на напряжение до 35 кВ.


Защита ПБВ

Чтобы исключить самопроизвольное срабатывание переключателя, устройство снабжается фиксатором, освобождаемым при включении. Данный элемент не позволяет ПБВ переключиться произвольно, тем самым предотвращая нештатные ситуации.

Надёжность эксплуатации достигается регулярным техническим обслуживанием. Выход из строя может быть обусловлен следующими обстоятельствами:

• недостаточной плотностью прилегания элементов;
• ослабеванием регулировочных контактов;
• снижением прочности элементов в ходе эксплуатации по причине некачественной пайки.

В результате повреждённые места перегреваются, что может вызвать выход агрегата из строя. В процессе технического обслуживания места контактов очищаются от оксидной плёнки, покрывающей элементы со временем с помощью растворителя или бензина.

По завершении обслуживания устройство испытывается.

Применение ПБВ позволяет изменить характеристики напряжения, выдаваемого трансформатором на выходе. Это устройство намного проще, чем РПН, но для переключения требует отключения агрегата от нагрузки.

Трансформаторы с переключением ответвлений без возбуждения (ПБВ)

При данном способе регулирования переключение осуществляется не просто при отсутствии тока в коммутируемой цепи, но и при полном отсутствии напряжения на всех обмотках трансформатора, вследствие чего этот способ и именуется переключением без возбуждения (ПБВ). Для распределительных трансформаторов, питающих заведомо «тупиковую» нагрузку, например, для электропечных трансформаторов, достаточно отключить трансформатор от питающей сети высокого напряжения. В остальных случаях трансформатор должен быть отключен внешними коммутационными аппаратами от всех подсоединенных к нему сетей. Устройство ПБВ состоит из избирателя (переключателя ответвлений) и привода. Устройства ПБВ трансформаторов общего назначения выполняются с ручным приводом, выполненным в виде рукоятки, выведенной, как правило, на крышку трансформатора. Этот привод снабжается приспособлением, надежно фиксирующим устройство ПБВ в каждом ею рабочем положении, соответствующем выбранному ответвлению обмотки. Число таких положений обычно не более 5. диапазон регулирования обычно не превышает ±5 %. Для осуществления переключения необходимо полностью отключить трансформатор подстанционными выключателями и разъединителями, освободить фиксатор (например, вывернуть фиксирующий болт или оттянуть подпружиненный штифт, повернуть рукоятку в новое положение, после чего вновь установить фиксатор.

Ясно, что такое переключение не может осуществляться часто. Его применяют в следующих случаях: а) Установка ответвления, обеспечивающею средний уровень напряжения, более высокий в тот период, когда нагрузки выше, и более низкий — при меньших нагрузках (сезонное регулирование). б) В тех случаях, когда необходимо установить коэффициент трансформации таким образом, чтобы получить заданный средний уровень вторичного напряжения, при первичном напряжении, характерном для данного места установки трансформатора. Возможно, в частности, что трансформатор выбран с запасом по мощности в расчете на развитие сети потребителя. В этом случае напряжение может быть повышено, когда будут подключены новые нагрузки («адаптивное» регулирование). Поскольку нагрузка, а, следовательно, и напряжение, может меняться в течение суток, а осуществлять переключения с такой частотой заведомо невозможно, ясно, что ПБВ не может обеспечить встроенное регулирование напряжения даже в простейших случаях. ПБВ этого типа применяется в распределительных трансформаторах малой и средней мощности, в которых оно осуществляется для переключения обмоток стороны высокого напряжения (6, 10, реже 20 и 35 кВ), а также для переключения на стороне среднего напряжения мощных высоковольтных трансформаторов, у которых обмотки высшего напряжения переключаются под нагрузкой. Совершенно иначе используется ПБВ в трансформаторах промышленных электроустановок, например, электропечных. В этих случаях устройство ПБВ снабжается электрическим приводом с дистанционным управлением. Отключение трансформатора от сети на время переключения ответвлений осуществляется быстродействующим и износостойким выключателем нагрузки (например, вакуумным выключателем). Привод и выключатель снабжаются электрическими блокировками, исключающими возможность переключения под нагрузкой и напряжением, а также возможность включения трансформатора в промежуточном положении избирателя ПБВ. Число положений и диапазон регулирования таких устройств могут достигать, соответственно, 12 и более и ±20%. В тех случаях, когда кратковременное прекращение питания потребителя является допустимым по условиям технологии, такое техническое решение может оказаться предпочтительнее применения более сложных и дорогих устройств переключения под нагрузкой. Возможна как настройка трансформатора на заданный технологический режим, например, для данного типа сырья (шихты), так и оперативное регулирование в пределах данного режима. Примеры схем регулирования ПБВ для трансформаторов общего назначения приведены на рис. 1. В схемах на рис. 1, а и 1, б одиночный подвижный контакт, перемещается по неподвижным контактам, присоединенным к отводам обмотки, а в схеме на рис. 1, в подвижная контактная система выполнена в виде «мостика», соединяющего ответвления частей обмотки. Включение и расположение регулировочных ответвлений должно быть таким, чтобы при отключении части витков обмотки, не происходило значительного возрастания поперечного магнитного поля, вызывающего снижение электродинамической прочности обмотки. Это может быть достигнуто различными способами.

Схемы переключения без возбуждения (ПБВ).

Рис. 2. Примеры выполнения устройств ПБВ: а — барабанная конструкция с кольцевыми контактами: 1 — изоляционные диски, 2—7 — неподвижные стержневые контакты, 8 — подвижные кольцевые контакты, 9— пружинное нажимное устройство, 10 — коленчатый вал; б — реечная конструкция: 1 — рейка с неподвижными контактами, 2— неподвижные контакты, 3 — рейка с подвижными контактами, 4— подвижные контакты, 5— изоляционный вал, 6— ручной привод, 7— стенка трансформатора.

Рис. 2 дает представление о наиболее распространенных конструкциях устройств ПБВ. При барабанной конструкции (рис. 2. а) неподвижные контакты расположены по окружной и, а при реечной (рис. б) — вдоль прямой. В устройствах ПБВ электропечных трансформаторов часто применяются более сложные схемы и контактные системы, например, отдельные peгулировочные обмотки и соответствующие контакты для трубою регулирования (переключения диапазонов) и тонкого peгулирования (переключения в пределах диапазона).

Регулирование напряжения у силовых трансформаторов

02 Июнь 2012 Энергетика

Приветствую вас, читатель моего сайта !

В этой статье я хочу рассказать вам как регулируется напряжение у силового трансформатора 110/10 кВ- под нагрузкой.

Для тех кто вообще не в теме объясняю о чем вообще идет речь.

Электроэнегрия от электростанции (АЭС, ТЭЦ, ГРЭС и т.п.) передается по опорам воздушных линий на многие сотни километров к подстанции (я буду вести речь о подстанции 110 000 Вольт), где установлены понижающие трансформаторы – очень большие и очень мощные.

Эти трансформаторы понижают напряжение (в моем примере до 10 000 Вольт) и передают электроэнергию дальше, но уже на более короткое расстояние- в пределах 10-40км до следующего понижающего трансформатора, который преобразует уже высокое напряжение 10 кВ в низкое трехфазное напряжение 400 Вольт, которое и идет по проводам к нам в дома.

Так вот, к трансформатору 110/10 кВ, установленному на подстанции, присоединяется очень много нагрузки- это может быть целый сельский район или часть большого города.

Нагрузка в течении дня и в течении времен года постоянно меняется и очень сильно.

Например в зимний период многие сельские жители обогреваются электрокотлами, поэтому потребляемый ток гораздо больше чем летом.

Или есть утренние и вечерние часы максимума нагрузок когда люди просыпаются или наоборот приходят с работы, включают электроприборы- потребление электроэнергии сильно возрастает. В течении дня нагрузка снижается и иногда даже в разы меньше чем утром или вечером.

Основные технические требования к устройствам ПБВ:

А. При длительном прохождении рабочею тока стороны регулирования температура контактов и прочих токоведущих деталей должна быть допустимой для изоляции и окружающей среды. При работе в трансформаторном масле допускается превышение температуры контактных деталей без серебряною покрытия над температурой этою масла не более 20 °С. Таким образом, требования к допустимому нагреву контактов этих устройств являются значительно более жесткими, чем соответствующие требования для других коммутационных аппаратов, поскольку трансформаторные переключающие устройства работают в горячем масле (при температуре до 100°С). Более значительный нагрев контактов может привести к ухудшению состояния контактных поверхностей вследствие загрязнения продуктами разложения масла. Б. Устройства должны выдерживать воздействие тока короткою замыкания трансформаторов (обычно 10—20 кратного по отношению к номинальному току).

В. Износостойкость ПБВ трансформаторов общего назначения должна быть не менее 1—2 тыс. переключений, а для ПБВ промышленных трансформаторов с электроприводом она может достигнуть нескольких сот тысяч переключений.

Следует отметить, что ввиду малого числа переключении ПБВ трансформаторов общего назначения, их контактные системы длительное время работают в одном и том же положении, поэтому к качеству их выполнения предъявляются более высокие требования.

Г. Требования к изоляции устройств должны быть достаточными с точки зрения воздействий на его изоляционные промежутки при испытании трансформатора. Поэтому значения испытательных напряжений для каждого из этих промежутков устанавливаются на основании расчетов импульсных воздействий или на основании импульсных обмеров трансформаторов, для которых предназначено данное устройство.

Что происходит с понижающим трансформатором при увеличении нагрузки

А ничего с ним не происходит))) Как понижал он напряжение- так и продолжает понижать- так уж он устроен.

На первичную обмотку (обмотка высокого напряжения) подается 110 000 Вольт, а со вторичной (обмотка низкого напряжения) снимается 10 000 Вольт.

Это идеальный вариант, когда напряжение на первичной обмотке стабильное и не меняется, а нагрузка вторичной обмотки или очень мала или ее совсем нет (трансформатор работает в режиме холостого хода).

На самом деле это совсем не так.

В действительности высокое напряжение на первичной нагрузке постоянно меняется в небольших пределах- 110-117кВ

А так как коэффициент трансформации у трансформатора величина неизменная, то получается что и на вторичной обмотке 10 кВ напряжение тоже колеблется так сказать “в ногу” с первичным напряжением.

А вслед за этим колебания напряжения передаются следующим понижающим трансформаторам 10/0,4 кВ…

И так эти колебания дойдут и до наших квартир и напряжение колебалось бы пропорционально с высоким напряжением 110 кВ.

И было бы у нас в розетках то 180 Вольт, то 250 и бесперестанно бы оно изменялось в течении суток. Думаю что никому не понравится когда свет в доме постоянно меняет яркость, как в том анекдоте- то потухнет, то погаснет, то совсем не загорит)))