Primena naponskih regulatora u ispitivanju električne opreme visokim naponom

Напон је важан критеријум у испитивању квалитета електричне енергије. Квалитет напона одређује да ли електроенергетски систем може безбедно да ради и има значајан утицај на стабилност целокупног система електродистрибуције. Тренутно су регулатори напона релативно честа електрична опрема у електроенергетским системима, способни да разумно и научно контролишу цео процес високонапонских испитивања електричне опреме, на тај начин стално побољшавајући изводљивост таквих испитивања.

1. Захтеви за коришћењем регулатора напона у високонапонским испитивањима електричне опреме

Под нормалним околностима, пре него што се започне високонапонско испитивање електричне опреме, мора се одабрати регулатор напона инсталиран на улазу трансформатора, како би се осигурало да његове спецификације задовољавају захтеве испитивања. Ово гарантује да мерени резултати са трансформатора задовољавају стандардне критеријуме испитивања – односно, да излаз буде стабилан, непрекидан и равномерно промењен, омогућавајући ефикасну регулацију напона. Коришћење регулатора напона у високонапонским испитивањима електричне опреме подразумева следеће захтеве:

• Обезбедити стабилан и висококвалитетан излазни напон; на пример, таласни облик излазног напона регулатора треба да буде приближан синусоидном таласу, а минимални излазни напон треба да буде што је могуће ближи нули.

• Регулатор напона мора поседовати висококвалитетне карактеристике регулације, са ниским отпором регулације, једноставним и сигурним методама подешавања, како би олакшао глатко високонапонско испитивање електричне опреме.

• Минимизирати буку која настаје током рада регулатора напона и нагласити енергетску ефикасност и заштиту животне средине током испитивања.

• Обезбедити да основни параметри регулатора напона – укључујући излазни напон, фреквенцију, број фаза и флуктуације излазне снаге – задовољавају захтеве високонапонских испитивања електричне опреме. Конкретно, тачност регулатора напона изражава се као:

tgδ: ±(1% D + 0.0004)

Cx: ±(1% C + 1 pF)

Мања грешка указује на бољу прецизност инструмента. Током верификације, разлика између отчитане вредности и стандардне вредности мора бити мања од наведене тачности.

2. Примена регулатора напона у високонапонским испитивањима електричне опреме

Три типа регулатора напона се често користе у високонапонским испитивањима електричне опреме: контактни регулатори, индукциони регулатори и регулатори са покретним калемом. Ова три типа значајно се разликују по структури и принципу рада, а сваки има различите сценарије примене и карактеристике употребе. 

Током високонапонског испитивања, регулатори напона углавном помажу асинхроним моторима и механизима у конверзији енергије и представљају електричне уређаје блиско повезане са трансформаторима. У високонапонским испитивањима, мотор мора задовољити захтев максималне капацитете оптерећења регулатора напона од 12.000 kW. Додатно, како би се смањио електромагнетни шум, механичка чврстоћа регулатора би требало да буде побољшана коришћењем чврсте ливене гвоздене конструкције.

2.1 Коришћење регулатора напона са покретним калемом
Електромагнетски принцип и унутрашња структура регулатора напона са покретним калемом подсећају на трансформатор. Они постижу ефикасну регулацију излазног напона померањем кратко спојеног намотаја дуж крака језгра у вертикалном правцу, мењајући расподелу напона и импедансе између два намотаја у главном колу. Пошто регулација не зависи од контаката, излазни напон са регулатора са покретним калемом је релативно глатак и равномеран, што га чини лаким и погодним за општа високонапонска испитивања електричне опреме. 

Поред тога, његова велика реактанца цурења омогућава му да поднесе значајне струјне импулсе. Међутим, због својих структурних и радних карактеристика, регулатор са покретним калемом показује релативно високу импедансу кратког споја. Стога није погодан за високонапонске тестове који захтевају ниску импедансу извора, као што су испитивања високог напона загађења (контестације). У поређењу са индукционим регулаторима, таласни облик излаза код регулатора са покретним калемом је склонији деформацији. 

Додатно, после дужег временског коришћења, хабање и ослобађање делова погонског механизма и покретног калема могу повећати буку и вибрације, што може довести до оштећења. Алгоритми протока снаге могу се користити за израчунавање комплексних компоненти губитка напона у електроенергетским системима. Конкретно, то подразумева искоришћавање односа између напона чворова, активне снаге и величине напона чворова како би се декомпоновале P-Q једначине, смањујући матрицу коефицијената са 2N×2N на N×N, где је N број чворова система.

2.2 Коришћење индукционих регулатора напона
Електромагнетски принцип и структура индукционих регулатора напона слични су намотаним роторима закочених асинхроних мотора, док њихов механизам конверзије енергије подсећа на трансформатор. Подешавањем угаоног помераја ротора, они мењају величину и фазу индуковане електромоторне силе у статорским или роторским намотајима, постижући безконтактну регулацију напона. 

У поређењу са регулаторима са покретним калемом, индукциони регулатори имају боље техничке и економске перформансе у целини и нижу импедансу – нарочито када је излазни напон у опсегу од 50%–100%, где је импеданса значајно нижа. Међутим, због структурних и оперативних ограничења, једнофазни индукциони регулатори имају високе трошкове производње, посебно за јединице великог капацитета. Када ексцентричност ротора једнофазне јединице достигне одређену границу, могу настати проблеми са буко и вибрацијама током рада, ограничавајући њихов капацитет излаза. Као последица тога, велики једнофазни индукциони регулатори се данас ретко производе. Ипак, побољшане верзије индукционих регулатора се ефикасно користе у високонапонским испитивањима са мање строгим захтевима.

2.3 Korišćenje kontaktnih regulatora napona
Kontaktni regulatori napona su avtotransformatori koji mogu da pruže neprekidni izlazni napon. Oni proizvode talase izlaznog napona sa odličnim sinusoidnim karakteristikama, sa donjom granicom izlaznog napona od 0 V, i pokazuju linearnu, neprekidnu i glatku regulacionu karakteristiku. Takođe, njihov kratak putni impedans može biti minimizovan, a imaju gotovo identične fazne uglove između ulaznog i izlaznog napona i niski operativni buka, što ih čini idealnim za visokonaponske ispitivanja električne opreme. U zavisnosti od konfiguracije jezgra, kontaktni regulatori se dele na stupasti i toroidalni tip.

Tradicionalno, visokonaponski ispitivanja male kapaciteta uglavnom koristili toroidalne kontaktni regulatori zbog njihove niske cene i odličnih performansi. Najznačajniji nedostatak kontaktnih regulatora jeste njihova zavisnost od fizičkih kontakata za podešavanje, što može generisati iskre tokom rada. Kapacitet kontakta je takođe ograničen, a njihov relativno kratkotrajan vremenski period korišćenja sprečio je razvoj modela velike kapaciteta. Međutim, zahvaljujući kontinuiranim naporima tehničkog osoblja, problemi vezani za kontakte su u većem delu rešeni.

3. Održavanje regulatora napona u visokonaponskim ispitivanjima električne opreme

Pre obavljanja održavanja regulatora napona koji se koriste u visokonaponskim ispitivanjima električne opreme, osoblje mora detaljno da poznaje unutrašnju strukturu regulatora kako bi tačno lokalizovalo greške i poboljšalo efikasnost održavanja. Osnovna struktura regulatora napona prikazana je u Tabeli 1.

3.2 Pitanja curenja gasa na regulatoru napona

U visokonaponskim testiranjima električnog opreme, curenje gasa iz regulatora napona obično je posljedica nedovoljne sigurnosti prstena O i spojnih spojeva. Može takođe nastati zbog oštećenja sigurnosnog metala između podešavajućeg sjedišta i podešavajuće štapa. Konkretno rešenje uključuje isključivanje gasnog kruga, demontažu glavnog ventila na kraju regulatora napona, te pažljivo pregledavanje stručnjaka kako bi se identifikovala tačna lokacija i priroda kvara. Na osnovu praktičnog iskustva, zatim se implementiraju odgovarajuće poboljšanja kako bi se rešilo curenje gasa iz ventilnog otvora tijekom regulacije u visokonaponskim testiranjima.

Tijekom visokonaponskih testiranja, često se javlja problem curenja gasa na nultoj poziciji prilikom podešavanja. To je uglavnom posljedica prejakog zakrućivanja vijka za podešavanje nule. Da bi se to smanjilo, treba pravilno podešavati poziciju vijka za podešavanje nule kako bi se smanjila vjerojatnost curenja na nultoj poziciji.

Treba napomenuti da operatori moraju izbjegavati stajanje direktno ispred regulatora napona prilikom podešavanja kako bi se smanjio rizik od nesreća.

4. Zaključak

U praktičnim primjenama, kada se vrše visokonaponski testovi električne opreme, prioritet mora biti sigurnost osoblja. Osiguranje sigurnosti i osoblja i opreme jest temeljni preduvjet za pravilno otklanjanje grešaka i održavanje testnih komponenti. Taj pristup efektivno proširuje vijek trajanja opreme i smanjuje učestalost pojavljivanja kvarova. S širokom primjenom regulatora napona u visokonaponskim testiranjima električne opreme, ljudima se omogućava udobnije svakodnevno življenje i razni aspekti društva, time doprinoseći harmonijskom društvenom razvoju.