Načrtovanje in izvedba posebnega transformatorja s samodejno regulacijo kapacitete

1. Uvod

Energija je ključna za delovanje in razvoj družbe. Za uresničevanje nacionalnih politik o varčevanju z energijo in zmanjševanju emisij je potrebno izboljšati uporabo virov, kar je ključno za elektrarne. Večetapni posodobitve podeželskih omrežij spodbujajo razvoj distribucijskih transformatorjev. Čeprav so široko uporabljeni transformatorji visoko učinkoviti, se še vedno soočajo z velikimi skupnimi izgubami zaradi kapacitete in uporabe; 70 % izgub v srednje- in nizkonaponskem omrežju pride od distribucijskih transformatorjev. Podeželska omrežja imajo koncentrirane, sezonsko odvisne obremenitve, z velikimi razlikami med vrhunskim in dolinskim obremenjem, kar znižuje povprečne obremenitvene stopnje transformatorjev. Uporaba transformatorjev z reguliranjem kapacitete v takšnih območjih pomaga prilagoditi kapaciteto obremenitvi, kar zagotavlja ekonomično in varno delovanje ter zmanjšuje preobremenitve in porabo energije. Projektiranje posebnega transformatorja z avtomatskim reguliranjem kapacitete ponuja tehnološke napredek in praktično/teoretično vrednost.

2. Mekanizem nastajanja izgub v transformatorjih

Transformatorji, ki so ključni za distribucijo energije in prilagajanje napona in toka v distribucijskih omrežjih, trpijo velike izgube pri normalnem delovanju, ki vključujejo izgube pri kratkem krogu (obremenitvene izgube) in brez obremenitve.

Izgube pri kratkem krogu (obremenitvene izgube) nastanejo, ko tok pri nazivni vrednosti teče skozi navije pod obremenitvijo. To se določi s testi pri kratkem krogu (primerni nizek napon na primarni strani, merjenje nazivnega toka na sekundarni strani, zanemarjanje izgub v jedru), kar približno odraža izgube v bakrenih navijih. Te izgube so sorazmerne s obremenitvijo, omejene z obremenitvenimi koeficienti in nazivnimi izgubami pri kratkem krogu.

3. Projektiranje in izvedba posebnega transformatorja z avtomatskim reguliranjem kapacitete
3.1 Struktura transformatorja z reguliranjem kapacitete

Uporabljen D-Y transformator z menjanjem navijev za distribucijo uporablja različne načine navijanja za veliko in mala kapaciteta: delta (D) za veliko kapaciteto, zvezda (Y) za malo kapaciteto (imenovana konverzija zvezda-delta). Nizkonaponski naviji kombinirajo žice s 27% in 73% obratov, kjer je prečni prerez drugega približno 1/2 prvega.

3.2 Realizacija avtomatskega reguliranja kapacitete

Transformatorji z avtomatskim reguliranjem kapacitete pod obremenitvijo se oslanjajo na avtomatske kontrolne module: zbiranje podatkov, shranjevanje, transformatorji, človek-stroj interakcija, napajanje in I/O zanke. Naponi in toki transformatorjev zbirajo signale; analogni vezji s mikroprocesorji jih obdelajo. Obdelani podatki se shranjujejo v pomnilnik za zunanje vmesnike ali prihodnje izmenjave. Slika 1 prikazuje sestavo avtomatskega kontrolovnega sistema.

3.3 Kontrolni postopek avtomatskega kontrolovnega sistema

Analogni tok transformatorja z reguliranjem kapacitete in napon na sekundarni strani se zbirata z nadzorniki za reguliranje kapacitete pod obremenitvijo. Skupaj s stanjem preklopnika za reguliranje kapacitete lahko implementiramo numerično sodovanje glede na lastnosti in operativne parametre nadzorovanega objekta. Nato se določi, ali so izpolnjeni pogoji za izvajanje opravila glede na dejanske pogoje nadzora.

Če so pogoji izpolnjeni in je potrebno prilagoditi kapaciteto distribucijskega transformatorja, program preklopi na modul za opravilo prilagoditve kapacitete transformatorja. Po zaključku opravila prilagoditve kapacitete bo program vstopil v druge pomočne funkcionalne module. Če pogoji za izvajanje opravila niso izpolnjeni ali ni trenutno potrebno prilagoditi kapacitete transformatorja, bo program neposredno vstopil v druge pomočne funkcionalne module. Slika 2 prikazuje tok diagram avtomatskega kontrolovnega sistema.

3.4 Strojno oprema avtomatskega kontrolovnega sistema z reguliranjem kapacitete pod obremenitvijo

Strojna oprema avtomatskega kontrolovnega sistema z reguliranjem kapacitete pod obremenitvijo se glavno sestoji iz enote za zbiranje signalov, enote za komunikacijo podatkov, vhodne enote, izhodne enote, sistemskega nadzorne panoge, kristalnega oscilatorja za napajanje in časovnega obvoda.

Avtomatski sistem z reguliranjem kapacitete pod obremenitvijo ima visoko odpornost proti motnjam in strojno zanesljivost, predvsem zaradi tega, ker so za vse njegove komponente izbrani industrijski čipi. Poleg tega je pri oblikovanju vezij upoštevana elektromagnetna združljivost komponent in vezij. To zagotavlja, da avtomatski sistem z reguliranjem kapacitete pod obremenitvijo ima visoko raven zanesljivosti in električne varnosti pri delovanju in lahko zadosti zahtevam tudi v težkih električnih okoljih.

4. Zaključek

V distribucijskih omrežjih, kjer se široko uporabljajo veliko distribucijskih transformatorjev, predstavljajo trenutne izgube v teh transformatorjih relativno visok delež celotnih izgub v distribucijskem omrežju. Podeželska električna obremenitev je omejena z neugodnimi pogoji, kot so sezonske spremembe, kratki letni čas uporabe in pogosto pojavljanje stanj brez obremenitve ali z majhno obremenitvijo. Tako je redko, da ostane obremenitvena stopnja transformatorjev znotraj razumnega območja delovanja.

Transformatorji z reguliranjem kapacitete lahko prilagajajo glede na fluktuacije obremenitve in stanje preklopnika za reguliranje kapacitete. Z menjanjem povezave navijev transformatorjev jim dajejo značilnost prilagodljive kapacitete. Zato je razumno namestiti transformatorje z reguliranjem kapacitete v podeželskih električnih omrežjih z velikimi obremenitvami in pogostimi fluktuacijami napona, kar ima relativno očiten učinek na varčevanje energije in nadzor izgub v omrežju.

S stalnim razvojem in napredkom tehnologij za uporabo elektrike se tudi funkcionalne izboljšave avtomatskih transformatorjev z reguliranjem kapacitete pod obremenitvijo postajajo vse popolnejše. Verjetno bodo avtomatski posebni transformatorji z reguliranjem kapacitete dosegli nove napredek v smeri varčevanja z energijo in zmanjševanja izgub v prihodnjih distribucijskih omrežjih.