Dizajn i implementacija specijalnog transformatora s automatskom regulacijom kapaciteta
1. Uvod
Energija je neophodna za funkcioniranje i razvoj društva. Da bi se ispunile nacionalne politike štednje energije i smanjenja emisija, potrebno je unaprijediti korištenje resursa – ključan aspekt za elektroenergetske poduzeća. Višeetapni nadogradnji ruralnih mreža potiču razvoj distribucijskih transformatora. Iako su visoko učinkoviti, široko rasprostranjeni transformatori još uvijek imaju značajne ukupne gubitke zbog kapaciteta i načina korištenja; 70% gubitaka srednje- i niskonaponske mreže dolazi od distribucijskih transformatora. Ruralne mreže imaju koncentrirane opterećenja ovisna o sezoni, s velikim razlikama između vrha i doline koje smanjuju prosječnu stopu opterećenja transformatora. Korištenje transformatora s reguliranjem kapaciteta u ovim područjima pomaže u usklađivanju kapaciteta s opterećenjem, osiguravajući ekonomski prihvatljiv i siguran rad, smanjujući preopterećenja i gubitke energije. Dizajniranje specijalnog transformatora s automatskim reguliranjem kapaciteta pruža tehnološki napredak i praktičnu/teoretsku vrijednost.
2. Mekanizam nastanka gubitaka u transformatoru
Transformatori, ključni u distribucijskim mrežama za raspodjelu energije i prilagodbu napona i struje, tijekom normalnog rada trpe velike gubitke snage – uključujući kratkosporne (opterećene) i bezopterećene gubitke.
Kratkosporni gubitak (gubitak opterećenja) nastaje kada nominalni struja prolazi kroz vijeće pod opterećenjem. Otkriva se putem kratkospornih testova (primjena niskog napona na primarno, mjerenje nominalne struje na sekundarnom, ignorirajući gubitke jezgra), što aproksimira bakrene gubitke. Ovaj gubitak raste s opterećenjem, ograničen koeficijentima opterećenja i nominalnim kratkospornim gubitkom.
3. Dizajn i implementacija specijalnog transformatora s automatskim reguliranjem kapaciteta
3.1 Struktura transformatora s reguliranjem kapaciteta
Prihvaćeni distribucijski transformator s promjenom tapa D - Y koristi različite načine vijanja za rad s velikim i malim kapacitetom: delta (D) za veliki kapacitet, zvijezda (Y) za mali kapacitet (poznato kao konverzija delta-zvijezda). Niskonaponska vijeća kombiniraju žice sa 27%-nim i 73%-nim brojem zavojnica, gdje je presjek površine posljednje oko 1/2 prvog.
3.2 Realizacija automatskog reguliranja kapaciteta
Transformatori s automatskim reguliranjem kapaciteta pod opterećenjem oslanjaju se na automatizirane kontrolne module: prikupljanje podataka, pohrana, transformatori, interakcija čovjek-stroj, napajanje i I/O petlje. Signale prikupljaju naponski i strujni transformatori; analogni krugovi s mikroprocesorima ih obrađuju. Obrađeni podaci pohranjuju se u memoriju za vanjske sučelja ili buduće razmjene. Slika 1 prikazuje sastav sistema automatske kontrole.
3.3 Kontrolni proces sustava automatske kontrole
Analogna struja transformatora s reguliranjem kapaciteta i napon na sekundarnoj strani prikuplja se pomoću kontrolera s reguliranjem kapaciteta pod opterećenjem. U kombinaciji s stanjem prekidača za reguliranje kapaciteta, numerička ocjena može se provesti prema karakteristikama radnog stanja i operativnim parametrima kontroliranog objekta. Zatim se utvrđuje jesu li ispunjeni uvjeti za izvršavanje zadatka na temelju stvarnih uvjeta kontrole.
Ako su uvjeti ispunjeni i ako je potrebno prilagoditi kapacitet distribucijskog transformatora, program prelazi na modul zadataka za prilagodbu kapaciteta transformatora. Nakon završetka zadatka prilagodbe kapaciteta, ulazi u druge pomoćne funkcionalne module. Ako uvjeti za izvršavanje zadatka nisu ispunjeni, ili nema trenutne potrebe za prilagodbom kapaciteta transformatora, program direktno ulazi u druge pomoćne funkcionalne module. Slika 2 prikazuje dijagram toka sustava automatske kontrole.
3.4 Hardverska struktura sustava automatske kontrole s reguliranjem kapaciteta pod opterećenjem
Hardverska struktura sustava automatske kontrole s reguliranjem kapaciteta pod opterećenjem uglavnom se sastoji od jedinice za prikupljanje signala, jedinice za komunikaciju podataka, ulazne jedinice, izlazne jedinice, sustava kontrolne ploče, kristalnog oscilatora napajanja i časovnog kruga.
Sustav automatske kontrole s reguliranjem kapaciteta pod opterećenjem ima visoku otpornost na smetnje i hardversku pouzdanost, uglavnom zahvaljujući tome što se za sve njegove komponente biraju industrijski čipovi. Također, tijekom dizajna krugova uzima se u obzir elektromagnetska kompatibilnost komponenti i krugova. To osigurava da sustav automatske kontrole s reguliranjem kapaciteta pod opterećenjem ima visok stupanj operativne pouzdanosti i električne sigurnosti, i može zadovoljavati zahtjeve za upotrebom čak i u teškim električnim okruženjima.
4. Zaključak
U distribucijskim mrežama, široko korištenje velikog broja distribucijskih transformatora znači da trenutni gubitci u tim transformatorima zauzimaju relativno visok udio u ukupnim gubitcima distribucijske mreže. Ruralni opterećenja ograničeni su nepovoljnim uvjetima poput sezonskih promjena, kratkim godišnjim periodima korištenja i često pojavljuju se stanja bez opterećenja ili laganim opterećenjima. Stoga je situacija u kojoj se stopa opterećenja transformatora održava unutar razumne opsega rada relativno rijetka.
Transformatori s reguliranjem kapaciteta mogu se prilagoditi prema fluktuacijama opterećenja i stanju prekidača za reguliranje kapaciteta. Promjenom načina povezivanja vijeća transformatora, daju transformatorima osobinu prilagodljivog kapaciteta. Stoga, razumno instaliranje transformatora s reguliranjem kapaciteta u područjima ruralne mreže s velikim opterećenjima i čestim fluktuacijama napona ima relativno očigledan učinak na štednju energije i kontrolu gubitaka u mreži.
S nastavkom razvoja i napretka tehnologija korištenja elektriciteta, funkcionalne poboljšave transformatora s automatskim reguliranjem kapaciteta pod opterećenjem postaju sve savršenije. Vjeruje se da će specijalni transformatori s automatskim reguliranjem kapaciteta postići nove napredke u smjeru štednje energije i smanjenja gubitaka u budućim distribucijskim mrežama.
