Регулирование напряжения трансформатора

При изменении нагрузки в энергосистеме, особенно на конце длинной линии ограниченной мощности, происходит изменение напряжения. Уменьшение напряжения даже на 3—5% по сравнению с номинальным приводит к увеличению токов, потребляемых электрическими машинами, что неблагоприятно сказывается на работе электрооборудования. Поэтому возникает необходимость в регулировании вторичного напряжения трансформаторов.

Рис. 2.76. Схемы обмоток с ответвлениями для ступенчатого регулирования напряжения.

Изменять вторичное напряжение можно путем изменения числа витков вторичной обмотки или изменения потока трансформатора, сцепленного со вторичной обмоткой. Наибольшее распространение нашел способ, связанный с изменением числа витков вторичной или первичной обмотки, т. е. с изменением коэффициента трансформации.

Для изменения коэффициента трансформации обмотки выполняются с ответвлениями, чем и обеспечивается ступенчатое регулирование напряжения (рис. 2.76).

Стандартные трансформаторы средней мощности имеют в соответствии с ГОСТ 1983–2001 пять ответвлений. Среднее соответствует номинальному напряжению, а два других — напряжениям, отличающимся от номинального на ±2,5 и ±5%. Трансформаторы большой мощности имеют большее число ответвлений. Ответвления выполняют чаще на стороне высшего напряжения, так как регулирование может быть проведено с большей точностью, а переключатель получается более компактным.

Переключаемые участки обмоток стараются располагать в середине обмотки, чтобы распределение токов по отношению к ярмам при работе на разных ответвлениях было симметричным. Необходимо стремиться к тому, чтобы линейные нагрузки были равномерно распределены вдоль первичной и вторичной обмоток. Отключение части витков нарушает равномерность магнитного поля рассеяния. При этом возникают электромагнитные силы, стремящиеся сдвинуть витки обмотки в осевом направлении. Эти силы при коротком замыкании могут разрушить обмотку. Для уменьшения перенапряжений переключение числа витков целесообразнее выполнять со стороны нулевой точки обмотки. При этом изоляцию переключаемых витков можно уменьшить.

Различают два способа регулирования напряжения трансформаторов: переключение ответвлений (отпаек) трансформатора при отключении от сети и регулирование напряжения под нагрузкой.

Рис. 2.77. Переключатель отпаек трансформатора.

Переключатель, осуществляющий переключение ответвлений при отключении трансформатора от сети, имеет систему неподвижных контактов, соединенных с ответвлениями обмотки, и систему движущихся контактов (рис. 2.77). Переключатель располагается на крышке или стенке бака, и переключение осуществляется вручную. Регулирование напряжения таким переключателем осуществляется при сезонных изменениях нагрузки или в течение суток.

При переключении ответвлений обмотки под нагрузкой переключатель получается более сложным. Схема переключения ответвлений при регулировании коэффициента трансформации иод нагрузкой показана на рис. 2.78. Чтобы при замыкании ответвлений в образовавшемся контуре не протекал большой ток, используют реактор L с расщепленной обмоткой. Токоограничивающий реактор рассчитан на кратковременную нагрузку и в рабочем состоянии, когда оба его контакта подключены к одному ответвлению, практически не имеет сопротивления, так как обе его половины включены встречно. Переключатели 5] и 5₂ и реактор размещаются в масляном баке трансформатора. Выключатели (2i и Q₂, чтобы не загрязнять основной объем масла, размещаются в отдельном баке, располагаемом на стенке трансформатора. Управление переключающим устройством автоматизировано.

Переключение ответвлений происходит следующим образом. В положении 1 отключается выключатель Q и переключатель Sx переводится в положение 2. В положении 3, когда включается выключатель в замкнутом контуре, образованном витками обмотки и коммутирующим устройст;

Рис. 2.78. Схема переключения отпаек трансформатора под нагрузкой вом, ток ограничивается реактором L (ток в замкнутом контуре показан штриховой линией). Далее отключается выключатель Q₂ и переключатель S₂ переводится па другое ответвление (положение 4). В положении 5 включен выключатель Q₂ и трансформатор работает с другим коэффициентом трансформации.

Рис. 2.79. Схема переключения отпаек с токоограничивающими сопротивлениями.

Переключение ответвлений под нагрузкой может осуществляться по схеме рис. 2.79 с применением токоограничивающих сопротивлений.

В этом устройстве есть три переключателя — S, S_h S₂. При переходе на работу с ответвления Х сначала включается без тока переключатель 5₂, затем переключатель S переводится в положения 1,3 и вводятся резисторы R и И>, затем отключается переключатель 5_t и переключатель 5 замыкает кон такты 3, 4. Во избежание перегрева сопротивлений и замкнутых витков обмотки трансформатора коммутация осуществляется в течение 0,1 с.

Плавное регулирование напряжения под нагрузкой можно получить при подмагничивании шунта, в котором замыкается часть рабочего потока трансформатора. Однако такие схемы громоздкие и находят ограниченное применение.

В последние годы появилась необходимость стабилизировать, поддерживать с большой точностью неизменным напряжение на выводах ответственных потребителей. Стабилизаторы напряжения стали широко применяться также для питания бытовых приборов и телевизоров.

Высокая стабилизация напряжения достигается путем изменения коэффициента трансформации. При этом для переключения числа витков обмотки используются управ;

ляемые полупроводниковые приборы — тиристоры и транзисторы. Схемы стабилизаторов напряжения рассмотрены в работе 1141.