Progettazione e Implementazione di un Trasformatore Speciale con Regolazione Automatica della Capacità

1. Introduzione

L'energia è essenziale per il funzionamento e lo sviluppo della società. Per rispondere alle politiche nazionali di risparmio energetico e riduzione delle emissioni, è necessario migliorare l'utilizzo delle risorse, che è cruciale per le imprese del settore elettrico. Gli aggiornamenti multi-fase delle reti rurali spingono lo sviluppo dei trasformatori di distribuzione. Nonostante l'efficienza elevata, i trasformatori diffusi si confrontano ancora con perdite significative complessive a causa di problemi di capacità e utilizzo; il 70% delle perdite nella rete medio-bassa tensione proviene dai trasformatori di distribuzione. Le reti rurali hanno carichi concentrati e influenzati dalle stagioni, con grandi differenze tra picco e valle che riducono i tassi di carico medi dei trasformatori. L'uso di trasformatori regolabili in termini di capacità in queste aree aiuta ad allineare la capacità al carico, garantendo un'operazione economica e sicura, riducendo gli sovraccarichi e lo spreco di energia. Progettare un trasformatore speciale con regolazione automatica della capacità offre innovazioni tecniche e valore pratico/teorico.

2. Meccanismo di Generazione delle Perdite nei Trasformatori

I trasformatori, chiave nelle reti di distribuzione per la distribuzione dell'energia e l'adattamento di tensione e corrente, subiscono grandi perdite di potenza durante l'operazione normale, composte da perdite a cortocircuito (perdite a carico) e perdite a vuoto.

La perdita a cortocircuito (perdita a carico) si verifica quando la corrente nominale fluisce attraverso gli avvolgimenti sotto carico. Rilevata tramite prove a cortocircuito (applicando una bassa tensione al primario, misurando la corrente nominale sul secondario, ignorando la perdita nucleo), essa approssima la perdita di rame. Questa perdita scala con il carico, limitata dai coefficienti di carico e dalla perdita a cortocircuito nominale.

3. Progettazione e Implementazione del Trasformatore Speciale con Regolazione Automatica della Capacità
3.1 Struttura del Trasformatore con Regolazione della Capacità

Il trasformatore di distribuzione con cambio di presa D - Y adottato utilizza diversi modi di avvolgimento per le operazioni ad alta e bassa capacità: delta (D) per la grande capacità, stella (Y) per la piccola capacità (chiamata conversione stella-delta). I suoi avvolgimenti a bassa tensione combinano fili a 27% e 73% di giri, con la sezione trasversale del secondo circa 1/2 del primo.

3.2 Realizzazione della Regolazione Automatica della Capacità

I trasformatori con regolazione automatica della capacità a carico dipendono da moduli di controllo automatico: acquisizione dati, memorizzazione, trasformatori, interazione uomo-macchina, alimentazione e loop I/O. I trasformatori di tensione e corrente raccolgono i segnali; circuiti analogici con microprocessori li elaborano. I dati elaborati vengono memorizzati per interfacce esterne o scambi futuri. La figura 1 mostra la composizione del sistema di controllo automatico.

3.3 Processo di Controllo del Sistema di Controllo Automatico

La corrente analoga del trasformatore con regolazione della capacità e la tensione del lato secondario vengono raccolte dal controller di regolazione della capacità a carico. In combinazione con la quantità di stato dello switch di regolazione della capacità, può essere implementato un giudizio numerico in base alle caratteristiche e ai parametri operativi dell'oggetto controllato. Quindi, si determina se siano soddisfatte le condizioni per l'esecuzione del compito in base alle condizioni di controllo effettive.

Se le condizioni sono soddisfatte e la capacità del trasformatore di distribuzione deve essere regolata, il programma passerà al modulo di compiti per l'adattamento della capacità del trasformatore. Dopo aver completato il compito di regolazione della capacità, entrerà in altri moduli di funzioni ausiliarie. Se le condizioni per l'esecuzione del compito non sono soddisfatte, o non c'è immediata necessità di regolare la capacità del trasformatore, il programma entrerà direttamente in altri moduli di funzioni ausiliarie. La figura 2 mostra il diagramma di flusso del sistema di controllo automatico.

3.4 Struttura Hardware del Sistema di Controllo Automatico con Regolazione della Capacità a Carico

La struttura hardware del sistema di controllo automatico con regolazione della capacità a carico è composta principalmente da un'unità di acquisizione di segnali, un'unità di comunicazione dati, un'unità di ingresso, un'unità di uscita, un sistema di pannello di controllo, un cristallo oscillatore di potenza e un circuito orologio.

Il sistema di regolazione automatica della capacità a carico ha un'elevata capacità anti-interferenza e affidabilità hardware, principalmente perché tutti i suoi componenti sono selezionati con chip di livello industriale. Inoltre, durante la progettazione del circuito, viene considerata la compatibilità elettromagnetica dei componenti e dei circuiti. Ciò garantisce che il sistema di regolazione automatica della capacità a carico abbia un alto livello di affidabilità operativa e sicurezza elettrica, e possa soddisfare i requisiti di utilizzo anche in ambienti elettrici difficili.

4. Conclusione

Nelle reti di distribuzione, l'ampio utilizzo di un gran numero di trasformatori di distribuzione significa che le attuali perdite in questi trasformatori rappresentano una proporzione relativamente alta delle perdite totali nella rete di distribuzione. I carichi elettrici rurali sono vincolati da condizioni sfavorevoli come cambiamenti stagionali, brevi periodi di utilizzo annuale e frequenti stati di carico nullo o leggero. Di conseguenza, la situazione in cui il tasso di carico dei trasformatori rimane entro un intervallo operativo ragionevole è relativamente rara.

I trasformatori con regolazione della capacità possono regolare in base alle fluttuazioni del carico e allo stato dello switch di regolazione della capacità. Cambiando la modalità di connessione degli avvolgimenti del trasformatore, conferiscono al trasformatore la caratteristica di capacità regolabile. Pertanto, installare in modo ragionevole trasformatori con regolazione della capacità nelle aree rurali con carichi elevati e frequenti fluttuazioni di tensione ha un effetto relativamente evidente sulla conservazione dell'energia e sul controllo delle perdite nel circuito.

Con lo sviluppo continuo e progressivo delle tecnologie elettriche, i miglioramenti funzionali dei trasformatori con regolazione automatica della capacità a carico stanno diventando sempre più perfetti. Si crede che i trasformatori speciali con regolazione automatica della capacità raggiungeranno nuove svolte nella direzione del risparmio energetico e della riduzione delle perdite nelle reti di distribuzione future.