Návrh a realizace speciálního transformátoru s automatickou regulací kapacity

1. Úvod

Energie je zásadní pro fungování a rozvoj společnosti. K dosažení národních politik šetření energie a snížení emisí je nezbytné zlepšit využití zdrojů, což je klíčové pro energetické podniky. Vícekrokové modernizace venkovských sítí podporují vývoj distribučních transformátorů. I když mají široce používané transformátory vysokou efektivitu, stále dochází k významným celkovým ztrátám kvůli kapacitě a využití; 70 % ztrát střední a nízké napěťové sítě pochází z distribučních transformátorů. Venkovské sítě mají koncentrované, sezónně ovlivněné zatěžování, s velkými rozdíly mezi vrcholem a údolím, což snižuje průměrné zatěžování transformátorů. Použití transformátorů s regulací kapacity v těchto oblastech pomáhá vyrovnat kapacitu se zatěžováním, zajistí ekonomickou a bezpečnou operaci, snižuje přetížení a znehodnocení energie. Návrh automatického transformátoru s regulací kapacity nabízí technologické průlomy a praktickou/teoretickou hodnotu.

2. Mechanismus vzniku ztrát u transformátorů

Transformátory, klíčové pro distribuční sítě pro distribuci energie a úpravu napětí a proudu, trpí během normálního provozu významnými ztrátami energie, které se skládají ze ztrát při krátkém spojení (zatěžovací ztráty) a ztrát bez zatěžování.

Ztráta při krátkém spojení (zatěžovací ztráta) nastává, když skrze cívky protéká nominální proud za zatěžování. Je detekována prostřednictvím testů krátkého spojení (aplikace nízkého napětí na primární stranu, měření nominálního proudu na sekundární straně, ignorování ztrát jádra), což odpovídá ztrátám v mědě. Tato ztráta roste s zatěžováním, omezovaná koeficienty zatěžování a nominální ztrátami při krátkém spojení.

3. Návrh a implementace automatického transformátoru s regulací kapacity
3.1 Struktura transformátoru s regulací kapacity

Použitý distribuční transformátor s měněním odstupňování D - Y používá různé módy cívek pro provoz s velkou a malou kapacitou: delta (D) pro velkou kapacitu, hvězda (Y) pro malou kapacitu (nazývané převod hvězda-delta). Jeho nízkonapěťové cívky kombinují dráty s 27% - otáčkami a 73% - otáčkami, přičemž plocha průřezu posledního je přibližně 1/2 prvního.

3.2 Realizace automatické regulace kapacity

Transformátory s automatickou regulací kapacity za zatěžování spoléhají na automatické kontroly moduly: sběr dat, úložiště, transformátory, interakce člověk-stroj, zdroje napájení a smyčky I/O. Signály shromažďují transformátory napětí a proudu; analogové obvody s mikroprocesory je zpracovávají. Zpracovaná data jsou uložena v paměti pro externí rozhraní nebo budoucí výměnu. Obrázek 1 ukazuje složení automatického řídicího systému.

3.3 Kontrolní proces automatického řídicího systému

Analogový proud transformátoru s regulací kapacity a napětí na sekundární straně jsou shromážděny kontrolerem s regulací kapacity za zatěžování. Spolu se stavem přepínače pro regulaci kapacity lze provést numerické posouzení podle charakteristik a parametrů provozu řízeného objektu. Poté se určí, zda jsou splněny podmínky pro provedení úkolu na základě skutečných podmínek řízení.

Pokud jsou podmínky splněny a je třeba upravit kapacitu distribučního transformátoru, program přepne do modulu úkolu pro úpravu kapacity transformátoru. Po dokončení úkolu úpravy kapacity se přejde do dalších pomocných funkčních modulů. Pokud nejsou splněny podmínky pro provedení úkolu, nebo není okamžitě nutné upravit kapacitu transformátoru, program přejde přímo do jiných pomocných funkčních modulů. Obrázek 2 ukazuje tokový diagram automatického řídicího systému.

3.4 Hardwarová struktura automatického řídicího systému s regulací kapacity za zatěžování

Hardwarová struktura automatického řídicího systému s regulací kapacity za zatěžování se hlavně skládá ze sběrové jednotky signálů, komunikační jednotky dat, vstupní jednotky, výstupní jednotky, systému řídícího panelu, krystalového oscilátoru napájení a časového obvodu.

Automatický systém s regulací kapacity za zatěžování má vysokou odolnost proti rušením a hardwarovou spolehlivost, protože pro všechny jeho komponenty jsou vybrány průmyslové čipy. Navíc při návrhu obvodů byla zohledněna elektromagnetická kompatibilita komponent a obvodů. To zajišťuje, že automatický systém s regulací kapacity za zatěžování má vysokou stupeň operační spolehlivosti a elektrické bezpečnosti a může splňovat požadavky i v náročném elektrickém prostředí.

4. Závěr

V distribučních sítích, kde se široce používá velké množství distribučních transformátorů, znamená, že současné ztráty v těchto transformátorech představují relativně vysoký podíl na celkových ztrátách distribuční sítě. Elektrické zatěžování venkova je omezeno nepříznivými podmínkami jako jsou sezónní změny, krátké roční využití a časté výskyty stavu bez zatěžování nebo lehkého zatěžování. V důsledku toho je situace, kdy sazba zatěžování transformátorů zůstává v rozumném provozním rozsahu, relativně vzácná.

Transformátory s regulací kapacity mohou reagovat na fluktuace zatěžování a stav přepínače pro regulaci kapacity. Tím, že mění spojovací mód cívek transformátoru, dávají transformátoru charakteristiku regulační kapacity. Proto má rozumné instalace transformátorů s regulací kapacity v oblastech venkovských elektrických sítí s vysokým zatěžováním a častými fluktuacemi napětí relativně zřetelný dopad na úsporu energie a kontrolu ztrát v obvodu.

S neustálým vývojem a pokrokem v technologiích využívání elektrické energie se funkční vylepšení automatických transformátorů s regulací kapacity za zatěžování také stávají stále dokonalejší. Věří se, že automatické speciální transformátory s regulací kapacity dosáhnou nových průlomů v oblasti šetření energie a snižování ztrát v budoucích distribučních sítích.