Regulación de voltaje del transformador

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Regulación de voltaje del transformador  : cambio del número de vueltas del devanado del transformador . Se utiliza para mantener un nivel de voltaje normal para los consumidores de electricidad.

La mayoría de los transformadores de potencia [1] están equipados con algún dispositivo para ajustar la relación de transformación agregando o quitando el número de vueltas.

El ajuste se puede realizar utilizando el interruptor numérico de vueltas del transformador bajo carga o seleccionando la posición de la conexión atornillada cuando el transformador está desenergizado y conectado a tierra.

El grado de complejidad de un sistema con interruptor de número de espiras está determinado por la frecuencia con la que se deben conmutar las espiras, así como por el tamaño y responsabilidad del transformador.

Aplicación

Dependiendo de la carga de la red eléctrica, su voltaje cambia. Para el funcionamiento normal de los receptores eléctricos de consumo, es necesario que el voltaje no se desvíe de un nivel determinado más allá de los límites permisibles y, por lo tanto, se utilizan varios métodos de regulación de voltaje en la red. Una forma es cambiar la relación del número de vueltas de los devanados de los circuitos primario y secundario del transformador (relación de transformación), ya que

Dependiendo de si esto ocurre durante la operación del transformador o después de que se haya desconectado de la red , se distingue entre “conmutación no excitada” (PBV) y “regulación bajo carga” (OLTC). En ambos casos, los devanados del transformador están hechos con derivaciones, cambiando entre ellos, puede cambiar la relación de transformación del transformador.

Conmutación sin carga

Este tipo de conmutación se utiliza durante la conmutación estacional, ya que implica desconectar el transformador de la red, lo que no se puede hacer regularmente sin privar de electricidad a los consumidores. PMB le permite cambiar la relación de transformación en el rango de -5% a +5%. En transformadores de baja potencia, se realiza con ayuda de dos ramales, en transformadores de media y alta potencia, con ayuda de cuatro ramas, 2,5% cada uno [2] .

Las ramas se realizan con mayor frecuencia en el lado, el voltaje en el que sufre cambios durante la operación. Este suele ser el lado de alto voltaje. La implementación de tomas en el lado de mayor tensión también tiene la ventaja de que, debido al mayor número de vueltas, la selección de ±2,5% y ±5% del número de vueltas se puede realizar con mayor precisión. Además, en el lado de mayor voltaje, la intensidad de la corriente es menor y el interruptor es más compacto [3] . Al mismo tiempo, debe tenerse en cuenta que para los transformadores reductores (la energía se suministra desde el lado del devanado de mayor voltaje), la regulación de voltaje irá acompañada de un cambio en el flujo magnético en el circuito magnético. En modo normal, este cambio es insignificante.

La regulación de voltaje al cambiar el número de vueltas del devanado en el lado de la alimentación y en el lado de la carga tiene una forma diversa: cuando se regula el voltaje cambiando el número de vueltas en el lado de la carga, para aumentar el voltaje, es necesario aumentar el número de vueltas (ya que el voltaje es proporcional al número de vueltas), pero cuando se regula desde el lado de la alimentación, para aumentar el voltaje en la carga, es necesario reducir el número de vueltas (esto se debe a que el la tensión de red está equilibrada por la FEM del devanado primario, y para reducir este último, es necesario reducir el número de vueltas).

Al cambiar las tomas de devanado con el transformador desconectado, el dispositivo de conmutación es más simple y económico; sin embargo, la conmutación está asociada con una interrupción en el suministro de energía a los consumidores y no se puede realizar con frecuencia. Por lo tanto, este método se utiliza principalmente para corregir la tensión secundaria de los transformadores reductores de red, dependiendo del nivel de tensión primaria en una sección determinada de la red debido a los cambios de carga estacionales [3] .

Interruptores para el número de vueltas sin carga

El interruptor de giro no energizado tiene un dispositivo bastante simple que proporciona una conexión al interruptor seleccionado del número de vueltas en el devanado. Como sugiere su nombre, está diseñado para operar solo cuando el transformador está apagado. Es este tipo de interruptor el que tiene un segundo nombre de jerga: "antsapf" (Anzapfen en alemán: quitar, seleccionar) [4] .

Para reducir y estabilizar la resistencia de contacto de los contactos, se mantiene la presión sobre ellos mediante un dispositivo de resorte especial, que en ciertas situaciones puede causar vibraciones. Si el interruptor para el número de vueltas sin excitación está en la misma posición durante varios años, entonces la resistencia de contacto puede aumentar lentamente debido a la oxidación del material en el punto de contacto (ya que el cobre o las aleaciones a base de cobre (latón) son más a menudo se utiliza como material de contacto, cuyos óxidos tienen una resistencia eléctrica y una resistencia química suficientemente altas) y el calentamiento gradual del contacto, lo que conduce a la descomposición del aceite y la deposición de carbón pirolítico en los contactos, lo que aumenta aún más el contacto. resistencia y reduce el grado de enfriamiento, lo que lleva a un sobrecalentamiento local. Este proceso puede ocurrir en una avalancha. En última instancia, se establece una situación descontrolada que conduce a la actuación de la protección de gas (debido a los gases que aparecen durante la descomposición del petróleo en los puntos de sobrecalentamiento local) o incluso a una ruptura superficial a lo largo de los productos sólidos de descomposición del petróleo que se han depositado en el aislamiento El personal de la empresa que da servicio a los transformadores equipados con un interruptor de relación de transformación PBV (interruptor sin excitación) debe al menos 2 veces al año antes del inicio de la carga máxima de invierno y la carga mínima de verano verificar el ajuste correcto de la relación de transformación [5] . En este caso, es necesario que el número de vueltas se cambie en un estado desconectado de la red, con el interruptor en todas las posiciones; este ciclo debe repetirse varias veces para eliminar las películas de óxido de la superficie de contacto y devolverlo a la posición especificada [6] . Para controlar la calidad de los contactos, se mide la resistencia de los devanados de CC. "Transporte, descarga, almacenamiento, instalación y puesta en marcha de transformadores de potencia de SPO y I Soyuztekhenergo, Moscú" 1981. Las operaciones anteriores también se realizan si el transformador ha estado apagado durante un largo período de tiempo y se vuelve a poner en funcionamiento.

Regulación de carga

Este tipo de conmutación se utiliza para la conmutación operativa asociada con un cambio constante en la carga (por ejemplo, la carga en la red será diferente durante el día y la noche). Dependiendo de la tensión y potencia del transformador, el cambiador de tomas en carga puede cambiar el valor de la relación de transformación en el rango de ±10 a ±16% (aproximadamente 1,5% por rama). La regulación se realiza en el lado de alta tensión, ya que allí la intensidad de corriente es menor y, en consecuencia, el cambiador de tomas en carga es más fácil y económico de fabricar. La regulación se puede realizar tanto de forma automática como manual desde la sala de control o desde el panel de control del despachador. Ya en 1905-1920, se desarrollaron dispositivos para la regulación de voltaje en transformadores bajo carga (OLTC). El principio de regulación de voltaje de tales dispositivos también se basa en cambiar el número de vueltas. La complejidad de la implementación de tales dispositivos es:

Para limitar la corriente en los devanados en cortocircuito, es necesario utilizar resistencias limitadoras de corriente. Los inductores (reactores) y las resistencias se utilizan como resistencia limitadora de corriente.

Cambiadores de tomas en carga con reactores limitadores de corriente

Cada etapa del cambiador de tomas bajo carga con reactancia limitadora de corriente consta de dos contactores y una reactancia. En este caso, el reactor consta de dos devanados, los contactores están conectados a cada uno de ellos. En modo normal, ambos contactores cierran el mismo contacto y la corriente del devanado pasa a través de estos dos contactores conectados en paralelo y el reactor. Durante la operación de conmutación, uno de los contactores cambia al otro contacto (correspondiente a la etapa de control deseada). En este caso, parte del devanado del transformador está cortocircuitado; la corriente en este circuito está limitada por el reactor. Además, se transfiere otro contactor al mismo contacto, transfiriendo el transformador a otra etapa de regulación; esto completa la operación de regulación.

Cambiadores de tomas bajo carga con resistencias limitadoras de corriente

Una mejora bastante importante en el rendimiento de los interruptores de giro en carga provino de la invención del contactor de disparo rápido, llamado principio de Janssen en honor al inventor. El principio de Jansen implica que los contactos del interruptor están accionados por resorte y se alternan de una posición a otra después de un período muy corto de conexión entre los dos interruptores para el número de vueltas, a través de una resistencia limitadora de corriente.

El uso de un reactor es una alternativa al principio de Jansen con una secuencia de conmutación rápida y resistencias. Por el contrario, en un interruptor de giro tipo reactor, es mucho más difícil interrumpir la corriente reactiva circulante, y esto limita bastante el pico de tensión, pero este principio funciona bien con corrientes relativamente altas. Esto contrasta con el interruptor de resistencia de giro rápido, que es aplicable para voltajes más altos pero no para corrientes altas. Esto da como resultado que el interruptor del número de vueltas del reactor esté típicamente en la parte de bajo voltaje del transformador, mientras que el interruptor de vueltas de la resistencia está conectado a la parte de alto voltaje.

En un interruptor de espiras tipo reactor, las pérdidas en el punto medio del reactor debido a la corriente de carga y la corriente de convección superpuesta entre los dos interruptores de número de espiras involucrados son pequeñas y el reactor puede estar permanentemente en un circuito eléctrico entre ellos. Esto sirve como un paso intermedio entre los dos interruptores para el número de vueltas y da el doble de posiciones de operación que el número de interruptores para el número de vueltas en el devanado.

Desde la década de 1970, se han utilizado interruptores de número de vueltas con interruptores de vacío. Los interruptores automáticos al vacío se caracterizan por una baja erosión de los contactos, lo que permite que los interruptores de número de vueltas realicen más operaciones entre los trabajos de mantenimiento obligatorios. Sin embargo, el diseño en su conjunto se vuelve más complejo.

Además, aparecieron en el mercado interruptores experimentales para el número de vueltas, en los que la función de conmutación la realizan elementos semiconductores de potencia. Estos modelos también tienen como objetivo reducir el tiempo de inactividad por mantenimiento.

En los interruptores de giro tipo resistencia, el contactor está ubicado dentro de un contenedor de aceite, que está separado del aceite del transformador. Con el tiempo, el aceite de este recipiente se ensucia mucho y debe aislarse del sistema de aceite del propio transformador; debe tener un tanque de expansión separado con su propia válvula de ventilación.

El dispositivo para cambiar el número de vueltas es una jaula o un cilindro aislante con varios contactos a los que están conectados los interruptores para el número de vueltas del devanado de control. Dentro de la jaula, dos palancas de contacto se mueven paso a paso a través del devanado de control. Ambas palancas están conectadas eléctricamente a los terminales de entrada del contactor. Una palanca está en la posición del interruptor activo del número de vueltas y conduce la corriente de carga, y la otra palanca está sin carga y se mueve libremente al siguiente interruptor del número de vueltas. Los contactos del dispositivo de conmutación nunca cortan la corriente eléctrica y pueden estar en el aceite del propio transformador.

Regulación automática de voltaje

El interruptor de número de vueltas se instala para proporcionar un cambio de voltaje en las líneas conectadas al transformador. No es necesario que el objetivo siempre sea mantener un voltaje secundario constante a través del transformador. La mayoría de las veces, las caídas de voltaje ocurren en la red externa; esto es especialmente evidente para cargas potentes y de largo alcance. Para mantener la tensión nominal en consumidores distantes, puede ser necesario aumentar la tensión en el devanado secundario del transformador. El sistema de control del cambiador de tomas en carga se refiere a la protección de relés y la automatización de la estación: el interruptor para el número de vueltas solo recibe comandos: aumentar o disminuir. Sin embargo, normalmente las funciones de adaptación de la relación de transformación entre diferentes transformadores dentro de la misma estación están relacionadas con el sistema del cambiador de tomas en carga. Al conectar transformadores en paralelo, sus interruptores de giro deben moverse sincrónicamente. Para hacer esto, uno de los transformadores se selecciona como líder y los otros como esclavos, sus sistemas de control del cambiador de tomas monitorean el cambio en la relación de transformación del transformador líder. Usualmente, al cambiar el número de espiras de forma síncrona, logran la exclusión de las corrientes de circulación entre los devanados de los transformadores en paralelo (debido a la diferencia en los voltajes secundarios de los transformadores en paralelo), aunque en la práctica, en el momento de la toma en carga. operación del cambiador, todavía surgen corrientes de circulación debido a la falta de coincidencia durante la conmutación, pero esto está permitido dentro de ciertos límites.

Transformadores de control en serie (transformadores elevadores)

Para regular la relación de transformación de transformadores y autotransformadores potentes, en ocasiones se utilizan transformadores reguladores (elevadores de tensión), que se conectan en serie con el transformador y permiten cambiar tanto la tensión como la fase de la tensión. Debido a la complejidad y al mayor costo de regular los transformadores, este método de regulación se usa con mucha menos frecuencia.

Fuentes

  1. ↑ IEC 60076-1 "Transformadores de potencia"
  2. ↑ Rozhkova L. D., Kozulin V. S. Equipo eléctrico de estaciones y subestaciones: Libro de texto para escuelas técnicas. - 3ª ed., revisada. y adicional — M.: Energoatomizdat, 1987. — 648 p.: il. BBK 31.277.1 R63
  3. ↑ 1 2 A. I. Voldek . Coches eléctricos. - L., "Energía", 1974.
  4. ↑ LA y R. A. Eramo. Diccionario técnico alemán-ruso. OZGIS 1931
  5. ↑ Normas para el funcionamiento técnico de las instalaciones eléctricas de consumo. Atomizdat , Moscú 1970
  6. ↑ Manual de transformadores ABB

Literatura