Dizajn i implementacija specijalnog transformatora sa automatskom regulacijom kapaciteta

1. Uvod

Energija je neophodna za funkcionisanje i razvoj društva. Da bi se ispunile nacionalne politike o štednji energije i smanjenju emisija, potrebno je poboljšati iskorišćenje resursa - ključan aspekt za preduzeća u energetskom sektoru. Višeetapni nadogradnji ruralnih mreža dovode do razvoja distribucijskih transformatora. Iako su visoko efikasni, široko korišćeni transformatori i dalje imaju značajne ukupne gubitke zbog kapaciteta i problema sa korišćenjem; 70% gubitaka na srednjem- i niskonaponskim mrežama dolazi od distribucijskih transformatora. Ruralne mreže imaju koncentrisane, sezonski uticane opterećenja, sa velikim razlikama između vrha i dne, što smanjuje prosečnu stopu opterećenja transformatora. Korišćenje transformatora sa reguliranjem kapaciteta u ovim područjima pomaže da se kapacitet prilagodi opterećenju, osiguravajući ekonomičnu i sigurnu operaciju, smanjujući preopterećenja i štetočinu. Projektovanje specijalnog automatskog transformatora sa reguliranjem kapaciteta nudi tehnološke provere i praktičnu/teoretsku vrednost.

2. Mekhanizam generisanja gubitaka u transformatorima

Transformatori, ključni u distribucijskim mrežama za raspodelu energije i prilagođavanje napona i struje, trpe velike gubitke energije tokom normalne operacije - koji uključuju gubitke pod kratkom spajanjem (gubitke pod opterećenjem) i gubitke bez opterećenja.

Gubitci pod kratkom spajanjem (gubitci pod opterećenjem) nastaju kada nominalni tok struje prolazi kroz veziva pod opterećenjem. Ovi gubitci se otkrivaju putem testova pod kratkim spajanjem (primenom niskog napona na primarni, merenjem nominalnog toka struje na sekundarnom, ignorisanjem gubitaka u jezgru), aproksimirajući gubitke bakra. Ovi gubitci rastu proporcionalno opterećenju, ograničeni koeficijentima opterećenja i nominalnim gubitcima pod kratkim spajanjem.

3. Dizajn i implementacija specijalnog automatskog transformatora sa reguliranjem kapaciteta
3.1 Struktura transformatora sa reguliranjem kapaciteta

Uočen distribucijski transformator sa promenom tapa D - Y koristi različite načine vezivanja za rad sa velikim i malim kapacitetom: delta (D) za veliki kapacitet, zvezda (Y) za mali kapacitet (poznato kao konverzija zvezda-delta). Njegove niskonaponske vezive kombinuju žice sa 27% navojnice i 73% navojnice, pri čemu presek prečnika druge je otprilike 1/2 preseka prve.

3.2 Realizacija automatskog reguliranja kapaciteta

Transformatori sa automatskim reguliranjem kapaciteta pod opterećenjem zavise od automatskih kontrolnih modula: prikupljanje podataka, skladištenje, transformatori, ljudsko-mašinska interakcija, oprema za snabdevanje električnom energijom i I/O petlje. Signal se prikuplja putem transformatora napona i struje; analogni krugovi sa mikroprocesorima obrade ih. Obradjeni podaci se čuvaju u memoriji za vanjske sučelja ili buduće razmene. Slika 1 pokazuje sastav automatizovanog kontrolesnog sistema.

3.3 Kontrolni proces automatizovanog kontrolesnog sistema

Analogna struja transformatora sa reguliranjem kapaciteta i napon na sekundarnoj strani prikupljaju se putem kontrolera sa reguliranjem kapaciteta pod opterećenjem. Kombinovana sa stanjem prekidača za reguliranjem kapaciteta, numerička ocena može biti implementirana prema karakteristikama radnog stanja i operativnim parametrima kontrolisanog objekta. Zatim se određuje da li su uslovi za izvršenje zadatka ispunjeni na osnovu stvarnih uslova kontrole.

Ako su uslovi ispunjeni i ako je potrebno prilagoditi kapacitet distribucijskog transformatora, program prelazi na modul zadatka za prilagođavanje kapaciteta transformatora. Nakon završetka zadatka prilagođavanja kapaciteta, ulazi u druge pomoćne funkcione module. Ako uslovi za izvršenje zadatka nisu ispunjeni, ili nema odmah potrebe za prilagođavanjem kapaciteta transformatora, program direktno ulazi u druge pomoćne funkcione module. Slika 2 pokazuje dijagram toka automatizovanog kontrolesnog sistema.

3.4 Hardverska struktura automatizovanog kontrolesnog sistema sa reguliranjem kapaciteta pod opterećenjem

Hardverska struktura automatizovanog kontrolesnog sistema sa reguliranjem kapaciteta pod opterećenjem uglavnom se sastoji od jedinice za prikupljanje signala, jedinice za komunikaciju podataka, ulazne jedinice, izlazne jedinice, kontrolesnog panela, kristalne oscilatorne jedinice napajača i časovnog kruga.

Automatski sistem sa reguliranjem kapaciteta pod opterećenjem ima visoku otpornost na interferenciju i hardversku pouzdanost, uglavnom zahvaljujući tome što su sve njegove komponente izrađene od industrijskih čipova. Takođe, elektromagnetska kompatibilnost komponenti i krugova uzima se u obzir tokom dizajna krugova. To osigurava da automatizovani sistem sa reguliranjem kapaciteta pod opterećenjem ima visok nivo operativne pouzdanosti i električne bezbednosti, i može ispunjavati zahteve za upotrebu čak i u teškim električnim okruženjima.

4. Zaključak

U distribucijskim mrežama, široko korišćenje velikog broja distribucijskih transformatora znači da trenutni gubitci u ovim transformatorima predstavljaju relativno visok procenat ukupnih gubitaka u distribucijskoj mreži. Ruralna opterećenja su ograničena nepovoljnim uslovima poput sezonskih promena, kratkih godišnjih perioda iskorišćenja i često se javljaju stanja bez opterećenja ili slabog opterećenja. Stoga, situacija u kojoj se stopa opterećenja transformatora zadržava unutar razumne granice radnog opsega je relativno retka.

Transformatori sa reguliranjem kapaciteta mogu prilagoditi prema fluktuacijama opterećenja i stanju prekidača za reguliranjem kapaciteta. Promenom načina vezivanja veziva transformatora, oni daju transformatorima osobinu podešivog kapaciteta. Stoga, razumno instaliranje transformatora sa reguliranjem kapaciteta u ruralnim područjima mreže sa velikim opterećenjima i čestim fluktuacijama napona ima relativno očigledan efekat na štednju energije i kontrolu gubitaka u krugu.

Sa stalnim razvojem i napretkom tehnologija korišćenja elektriciteta, funkcionalne poboljšanja automatskih transformatora sa reguliranjem kapaciteta pod opterećenjem takođe postaju sve savršenija. Veruje se da će specijalni transformatori sa automatskim reguliranjem kapaciteta postići nove provere u smislu štednje energije i smanjenja gubitaka u budućim distribucijskim mrežama.