Способы регулирования напряжения на трансформаторах

При эксплуатации трансформаторов довольно часто возникает необходимость регулирования вторичного напряжения. При этом различают два основных случая:

 

1) стабилизация вторичного напряжения при незначительном (на 5 — 10%) изменении первичного напряжения, что происходит обычно из-за падения напряжения в линии;

2) регулирование вторичного напряжения (из-за особенностей технологического процесса) в широких пределах при неизменном (или мало изменяющемся) первичном напряжении.

В обоих случаях вторичное напряжение регулируется путем изменения коэффициента трансформации, т. е. соотношения между числами витков первичной и вторичной обмоток.

В первом случае при небольших изменениях первичного напряжения можно изменять число витков либо первичной, либо вторичной обмотки. Например, при снижении первичного напряжения соответственно уменьшают число витков первичной обмотки так, чтобы ЭДС витка осталась неизменной. Поскольку число витков вторичной обмотки не изменяется, неизменной останется и ЭДС вторичной обмотки. При возрастании первичного напряжения соответственно увеличивают число витков первичной обмотки.

Во втором случае, когда требуется регулировать вторичное напряжение при неизменном первичном, изменяют число витков вторичной обмотки. Изменять число витков первичной обмотки в этом случае нельзя, так как это приведет к изменению магнит­ного потока трансформатора и, как следствие, к его перегреву или плохому использованию.

 

Переключение ответвлений обмоток может осуществляться при отключении трансформатора от первичной и вторичной сетей (переключение без возбуждения) или под нагрузкой (регулирование под нагрузкой).

 

Переключение ответвлений без возбуждения. Регулирование напряжения этим способом применяют в масляных и сухих силовых трансформаторах общепромышленного назначения, а также в трансформаторах, предназначенных для вентильных преобразователей.

Наибольшее распространение на практике получило регулирование напряжения при помощи изменения ступенями числа витков одной из обмоток. Подавляющее большинство трансформаторов строят с регулированием числа витков в обмотке ВН. Дело в том, что по обмотке НН протекает большой ток и, следовательно, переключающее устройство должно быть рассчитано на этот ток, т. е. оно неизбежно будет громоздким. В обмотке ВН ток в десятки раз меньше и, следовательно, переключающее устройство может быть сравнительно небольшим и легким, хотя его и придется изолировать от заземленных частей трансформатора.

 

При изменении числа витков, например, первичной обмотки меняется величина магнитного потока, вследствие чего увеличивается (или уменьшается) напряжение во вторичной обмотке трансформатора. Так, если напряжение питающей сети (первичное) постоянно, а вторичное упало, то для его восстановления надо увеличить магнитный поток. Это достигается уменьшением числа витков первичной обмотки.

Для сохранения постоянной величины вторичного напряжения надо восстановить прежнее значение магнитного потока. Этого можно достигнуть также уменьшением числа витков первичной обмотки.

Принцип регулирования как раз и заключается в изменении определенными ступенями числа витков в обмотке трансформатора, что обеспечивает необходимые величины магнитного потока и напряжения. На практике в обмотке ВН трансформатора делают ряд ответвлений, каждое из которых соответствует заданному числу последовательно включенных витков обмотки.

 

Переключение ответвлений под нагрузкой. Для повышения гибкости и удобства управления крупными электрическими сетями и системами большое значение имеет возможность регулирования напряжения трансформаторов без перерыва нагрузки.

 

При использовании этого способа регулирования необходимо:

1) обеспечить переход с одного ответвления на другое без разрыва тока, для чего в некоторый момент времени должны быть включены два соседних ответвления;

2) ограничить ток короткого замыкания (ток к. з.) в части обмотки трансформатора, расположенной между этими ответвлениями при одновременном их включении.

Наиболее распространенная схема работы переключающего устройства – схема с токоограничивающим реактором. Переключающее устройство имеет следующие основные части: избиратель ответвлений, контактор, токоограничивающий реактор, привод устройства. В схеме имеется два отводящих (токосъемных) контакта избирателя П1 и П2, два контактора К1 и К2, токоограничивающий реактор Р (Iн - номинальный ток трансформатора).

 

Когда оба отводящих контакта установлены на одном ответвлении обмотки. Такое положение контактов называют «два вместе». Номинальный ток нагрузки делится поровну между двумя половинами переключающего устройства. При необходимости перейти на другое ответвление (ступень) обмотки привод в первую очередь размыкает контакты контактора. Эти контакты разрывают ток, равный половине номинального, и между ними возникает электрическая дуга. После гашения дуги весь ток проходит только через вторую (верхнюю) половину переключающего устройства. Отводящий контакт избирателя при отсутствии тока (цепь разорвана) переходит на другое ответвление обмотки, после чего контакты вновь замыкаются. Такое положение переключающего устройства обычно называют положением «мост». Как и в положении «два вместе», номинальный ток нагрузки делится пополам между каждой половиной переключающего устройства. Однако в положении «мост» кроме нагрузочного тока возникает циркулирующий ток, замыкающийся внутри контура, образованного частью обмотки трансформатора и реактором. Величина циркулирующего тока ограничивается сопротивлением контура — в основном сопротивлением реактора. Обычно сопротивление реактора подбирают так, чтобы величина циркулирующего тока была равна половине номинального. В этом случае ток, проходящий через отводящие контакты, не будет больше номинального и нет опасности их чрезмерного нагрева.

 

Далее размыкаются верхние контакты, разрывающие номинальный ток. После гашения дуги весь ток проходит уже через другую половину переключающего устройства. Отводящий контакт избирателя при отсутствии тока переходит на ответвление, контакт вновь замыкается и переключение заканчивается.

 

Из рассмотрения работы переключающего устройства можно сделать следующие выводы:

 

- контакты контактора замыкают и размыкают ток, т.е. подвергаются воздействию электрической дуги;

 

- контакты избирателя замыкаются и размыкаются без разрыва тока, т. е. при отсутствии дуги;

 

- привод должен обеспечить описанную последовательность работы контактов;

 

- реактор служит для ограничения циркулирующего тока до необходимой величины (например, до половины номинального тока нагрузки);

 

- в положениях контактов избирателя «два вместе» и «мост» ток нагрузки распределяется поровну между двумя обмотками реактора, установленными на одном сердечнике. Эти токи направлены навстречу друг другу и в положение «два вместе» не создают возбуждающего поля в сердечнике и падения напряжения.

 

Достоинство переключающих устройств с токоограничивающим реактором заключается в возможности длительно работать в промежуточном положении «мост», поэтому для привода этих устройств не требуется специальных быстродействующих механизмов, значит, они могут быть относительно простыми и дешевыми.