Disseny i implementació d'un transformador especial amb regulació automàtica de capacitat

1. Introducció

L'energia és essencial per al funcionament i desenvolupament de la societat. Per complir les polítiques nacionals d'estalvi energètic i reducció d'emissions, cal millorar l'ús dels recursos, crítica per a les empreses elèctriques. Les actualitzacions de xarxes rurals en diverses etapes impulsen el desenvolupament dels transformadors de distribució. Malgrat la seva alta eficiència, els transformadors ampliament utilitzats encara són subjectes a pèrdues significatives en general degut a problemes de capacitat i ús; el 70% de les pèrdues de la xarxa de mitja i baixa tensió prové dels transformadors de distribució. Les xarxes rurals tenen càrregues concentrades i afectades per la temporada, amb grans diferències entre pics i valls que rebaixen les taxes mitjanes de càrrega dels transformadors. L'ús de transformadors amb regulació de capacitat en aquestes àrees ajuda a ajustar la capacitat a la càrrega, assegurant una operació econòmica i segura, reduint sobrecàrregues i despesa energètica. El disseny d'un transformador especial amb regulació automàtica de capacitat ofereix avanços tècnics i valor pràctic i teòric.

2. Mecanismes de generació de pèrdues en els transformadors

Els transformadors, clau en les xarxes de distribució per a la distribució d'energia i l'ajust de tensió i corrent, sofreixen grans pèrdues de potència durant l'operació normal—incloent pèrdues de curcuit curt (pèrdues de càrrega) i pèrdues sense càrrega.

La pèrdua de circuit curt (pèrdua de càrrega) ocorre quan la corrent nominal flueix a través de les bobines sota càrrega. Detectada mitjançant proves de circuit curt (aplicant una baixa tensió al primari, mesurant la corrent nominal al secundari, ignorant la pèrdua del nucli), aquesta es aproxima a la pèrdua de cobre. Aquesta pèrdua escala amb la càrrega, limitada per coeficients de càrrega i pèrdua de circuit curt nominal.

3. Disseny i implementació del transformador especial amb regulació automàtica de capacitat
3.1 Estructura del transformador amb regulació de capacitat

El transformador de distribució amb canvi de relés D - Y adoptat utilitza modes de bobinat diferents per a operacions de gran i petita capacitat: delta (D) per a gran capacitat, estrella (Y) per a petita capacitat (anomenat conversió estrella-delta). Les seves bobines de baixa tensió combinen fils de 27% de voltants i 73% de voltants, amb la secció transversal d'aquests últims ~1/2 de la dels primers.

3.2 Realització de la regulació automàtica de capacitat

Els transformadors amb regulació automàtica de capacitat sota càrrega depenen de mòduls de control automàtic: adquisició de dades, emmagatzematge, transformadors, interacció home-màquina, alimentació elèctrica i bucles I/O. Els transformadors de tensió i corrent recullen senyals; circuits analògics amb microprocessadors els processen. Les dades processades s'emmagatzemen en memòria per interfícies externes o futurs intercanvis. La figura 1 mostra la composició del sistema de control automàtic.

3.3 Procés de control del sistema de control automàtic

La corrent analògica del transformador amb regulació de capacitat i la tensió del costat secundari són recollides pel controlador de regulació de capacitat sota càrrega. Combinant amb la quantitat d'estat del commutador de regulació de capacitat, es pot implementar un jutjament numèric segons les característiques i paràmetres d'operació de l'objecte controlat. Després, es determina si es compleixen les condicions per executar la tasca basant-se en les condicions de control reals.

Si es compleixen les condicions i cal ajustar la capacitat del transformador de distribució, el programa canviarà al mòdul de tasca per ajustar la capacitat del transformador. Un cop completada la tasca d'ajust de capacitat, passarà a altres mòduls de funcions auxiliars. Si no es compleixen les condicions per a l'operació de la tasca, o no hi ha necessitat immediata d'ajustar la capacitat del transformador, el programa passarà directament a altres mòduls de funcions auxiliars. La figura 2 mostra el diagrama de flux del sistema de control automàtic.

3.4 Estructura de maquinari del sistema de control automàtic amb regulació de capacitat sota càrrega

La estructura de maquinari del sistema de control automàtic amb regulació de capacitat sota càrrega consta principalment d'una unitat d'adquisició de senyals, una unitat de comunicació de dades, una unitat d'entrada, una unitat de sortida, un sistema de panell de control, un cristal d'alimentació i un circuit de rellotge.

El sistema de regulació automàtica de capacitat sota càrrega té una alta capacitat anti-interferència i fiabilitat de maquinari principalment perquè s'han seleccionat xips industrials per tots els seus components. A més, s'ha tingut en compte la compatibilitat electromagnètica dels components i circuits en el disseny del circuit. Això assegura que el sistema de regulació automàtica de capacitat sota càrrega tingui un nivell elevat de fiabilitat operativa i seguretat elèctrica, i pugui complir amb els requisits d'ús fins i tot en entorns elèctrics adversos.

4. Conclusió

En les xarxes de distribució, l'ús generalitzat d'un gran nombre de transformadors de distribució significa que les pèrdues actuals en aquests transformadors representen una proporció relativament alta de les pèrdues totals de la xarxa de distribució. Les càrregues elèctriques rurals estan limitades per condicions desfavorables com canvis estacionals, períodes d'ús anual curts i ocurrencia freqüent d'estats sense càrrega o amb càrrega lleugera. Com a resultat, la situació on la taxa de càrrega dels transformadors roman dins d'un rang d'operació raonable és relativament poc comuna.

Els transformadors amb regulació de capacitat poden ajustar-se segons les fluctuacions de càrrega i l'estat del commutador de regulació de capacitat. Canviant el mode de connexió de les bobines del transformador, donen als transformadors la característica d'una capacitat ajustable. Per tant, l'instal·lació raonable de transformadors amb regulació de capacitat en zones de xarxa rural amb grans càrregues i fluctuacions de tensió freqüents té un efecte relativament evident en l'estalvi d'energia i el control de pèrdues del circuit.

Amb el continu desenvolupament i progrés de les tecnologies d'ús de l'electricitat, les millors funcionalitats dels transformadors amb regulació automàtica de capacitat també estan esdevenint cada vegada més perfectes. Es creu que els transformadors especials amb regulació automàtica de capacitat aconseguiran nous avenços en la direcció de l'estalvi d'energia i la reducció de pèrdues en les futures xarxes de distribució.