Трансформаторы с регулированием напряжения

ПОД НАГРУЗКОЙ (РПН)

Отличаются от трансформаторов с ПБВ специальным переключающим устройством, а также увеличенным числом ступеней регулирования и диапазоном регулирования. Например, для трансформаторов с номинальным напряжением основного ответвления 115 кВ на обмотке ВН предусматривается диапазон регулирования ± 16 % при 18 ступенях регулирования по 1,78 % каждая.

На рис. 6.2,а и б представлены: условное изображение трансформатора с РПН и схема его обмоток.

Рис. 6.2. Трансформатор с РПН: а) условное обозначение; б) схема обмоток;

в) и г) переключение ответвлений

Обмотка ВН этого трансформатора состоит из двух частей: нерегулируемой “а” и регулируемой “б”. На регулируемой части имеется ряд ответвлений 1, 2, 3, 4, выведенных на неподвижные контакты. Ответвления 1, 2 соответствуют части витков, включённых согласно с витками основной обмотки, что подтверждается на рис.6.2 направлением стрелок, изображающих ток в этих витках. При включении ответвлений 1, 2 коэффициент трансформации трансформатора увеличивается. Ответвления 3, 4 соответствуют части витков, соединённых встречно по отношению к виткам основной обмотки. Их подключение к основной обмотке компенсирует действия такого же числа витков основной обмотки, что соответствует снижению коэффициента трансформации трансформатора.

На регулируемой части обмотки имеется переключающее устройство, состоящее из подвижных контактов “ в”, “г”, контактов К1 и К2 и реактора Р. В нормальном режиме эксплуатации контакты “в” и “г” замкнуты между собой, а ток через каждую половину обмотки реактора Р составляет примерно по тока обмотки ВН трансформатора. При таком режиме магнитный поток в сердечнике (если реактор имеет ферромагнитный сердечник) или просто магнитный поток, сцеплённый с обмотками реактора, пренебрежимо мал, а, следовательно, невелико индуктивное сопротивление реактора, включённое последовательно с обмоткой ВН.

Допустим, что требуется переключить, устройство с ответвления 2 на ответвление 1. При этом отключают контактор К1 (рис. 6.2,в), переводят подвижный контакт “в” на контакт 1 и вновь включают контактор К1. В результате секция 1, 2 оказывается замкнутой на обмотку реактора Р. Теперь напряжение на секции 1, 2 приложено к цепи, основное сопротивление которой определяется индуктивным сопротивлением реактора Р. Это напряжение вызывает уравнительный ток, имеющий одинаковое (не встречное) направление в обеих половинах обмотки реактора (рис. 6.2,г) и потому взаимной компенсации индуктивных сопротивлений обеих половин обмотки реактора не наблюдается. Напротив, значительная индуктивность реактора ограничивает уравнительный ток. После этого отключают контактор К2, переводят контакт “г” на контакт 1 и включают контактор К2.

С помощью РПН можно менять ответвления и коэффициент трансформации под нагрузкой в течение суток, обеспечивая выполнение требований встречного регулирования.

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЕМ

СОПРОТИВЛЕНИЯ СЕТИ

Напряжение у потребителя зависит от потерь напряжения в сети, которые, в свою очередь, определяются, в том числе и сопротивлением сетей. Например, продольная составляющая падения напряжения в линии на рис. 6.3,а равна

, (6.1)

где , , U₂ – потоки мощности и напряжения в конце линии;

r₁₂, x₁₂ – активное и реактивное сопротивления линии.

В распределительных сетях активное сопротивление больше реактивного, т.е. r₀ > x₀. В (6.1) для этих сетей основную роль играет первое слагаемое числителя.

Как известно, принятое в курсе “ Электрические сети и системы” деление сетей по выполняемым функциям предполагает три категории:

1) системообразующие;

2) питающие;

3) распределительные.

Питающие сети предназначены для передачи электроэнергии от подстанций системообразующей сети к центрам питания (ЦП) распределительных сетей – районным подстанциям.

Распределительные сети предназначены для передачи электроэнергии на небольшие расстояния от шин НН районных подстанций к промышленным, городским и сельским потребителям.

При изменении сечений линий в распределительных сетях существенно изменяются и напряжение потребителя. Поэтому в этих сетях сечение иногда выбирается по допустимой потере напряжения.

В питающих сетях, наоборот, x₀ > r₀, поэтому в значительной степени определяется реактивным сопротивлением линий, которое мало зависит от сечений. Выбирать сечение линий в питающих сетях по допустимой потере напряжения экономически нецелесообразно.

Изменение реактивного сопротивления линии используют для регулирования напряжения. Чтобы уменьшить реактивное сопротивление линии надо последовательно включить конденсатор.

Продольная составляющая падения напряжения в линии до установки конденсаторов определяется выражением (6.2). Предположим, что напряжение в конце линии ниже допустимого:

.

Включим последовательно в линию конденсаторы с таким значением ёмкости (ёмкостного сопротивления), чтобы повысить напряжение до допустимого U_2,доп.

Предыдущее выражение принимает вид

, (6.2)

где х_к - реактивное (емкостное) сопротивление конденсаторов.

Последовательное включение конденсаторов в линию называют продольной компенсацией. Установка продольной компенсации (УПК) даёт возможность компенсировать частично (или полностью) индуктивное сопротивление и в некоторой степени снизить потерю напряжения в линии (рис. 6.4,а).

Векторная диаграмма такого регулирования представлена на рис. 6.4,б, из которого следует

;

.

Величину можно рассматривать как отрицательное падение напряжения или дополнительную ЭДС, вводимую в цепь.

Для практического выбора величины х_к решают (6.2) относительно х_к. При этом ток через конденсатор и напряжение на нём равны

Номинальное напряжение конденсатора должно удовлетворять условию

В противном случае конденсаторы в количестве «n» последовательно включают в каждую фазу, определяя число «n» по соотношению

.

Из указанной в паспорте на конденсатор мощности и номинального напряжения конденсатора находят его номинальный ток

.

Если , то ставят параллельно «m» конденсаторов, выдерживая соотношения

.

При использовании УПК в качестве характеристики вводят отношение ёмкостного сопротивления конденсаторов к индуктивному сопротивлению линии, которое выражают в процентах и называют процентом компенсации или степенью компенсации

.

На практике применяют лишь частичную компенсацию (К_с < 100%) реактивного сопротивления линии.

Полная компенсация (К_с = 100%) и тем более избыточная компенсация в распределительных сетях обычно не применяется, так как это связано с возможностью появления в сети перенапряжений. Наиболее эффективно применение УПК на перегруженных радиальных линиях.

Отметим, что УПК применяют не только для регулирования напряжения, но и для повышения пропускной способности линий.