В семьетрансформаторыРежим регулирования напряжения является важным классификационным параметром. В отличие от устройств РПН, которые могут переключать РПН в режиме реального времени-под нагрузкой, устройства РПН без возбуждения требуют сначала отключения источника питания, чтобы полностью отключить трансформатор от сети, а затем вручную менять положение переключателя РПН для регулировки выходного напряжения. Эта, казалось бы, «неудобная» конструкция продолжает широко использоваться в миллионах энергораспределительных и промышленных системах по всему миру. Итак, что же представляет собой трансформатор, регулирующий напряжение без возбуждения? В чем его незаменимые преимущества по сравнению с устройствами РПН? В каких ситуациях это более разумный выбор, чем регулирование напряжения нагрузки?
Концептуально говоря, трансформатор, регулирующий напряжение без возбуждения, также известный как трансформатор, регулирующий напряжение без-нагрузки, относится к трансформатору, который регулирует коэффициент трансформации путем ручного управления переключателем ответвлений для изменения эффективных витков обмотки высокого-напряжения, когда трансформатор полностью отключен и ток возбуждения отсутствует. Его переключатель ответвлений обычно устанавливается на стороне высокого напряжения трансформатора, поскольку ток на стороне высокого напряжения невелик, а емкость контактов переключателя и проблемы с дугой относительно легко решить. Во время работы обслуживающему персоналу необходимо сначала отключить трансформатор от электросети, специальным ключом повернуть рабочий рычаг переключателя ответвлений, переключить положение ответвления на нужную передачу, а затем снова ввести его в работу. Весь процесс требует отключения электроэнергии, что обычно занимает от нескольких минут до нескольких часов, включая такие этапы, как отключение питания, переключение, измерение сопротивления постоянному току для подтверждения хорошего контакта и повторное включение питания. Полное регулирование напряжения часто требует планового отключения электроэнергии и не может быть выполнено произвольно.
Концепция конструкции трансформаторов регулирования напряжения без возбуждения вращается вокруг трех ключевых слов: «экономичность, надежность и простота». Из-за отсутствия сложных переключателей ответвлений под нагрузкой и их переходных цепей, масляных камер, электрических механизмов и устройств управления себестоимость производства трансформаторов регулирования напряжения без возбуждения значительно ниже, чем у трансформаторов регулирования напряжения под нагрузкой той же мощности и уровня напряжения, что обычно позволяет сэкономить от 15% до 30% инвестиций в оборудование. Конструктивно переключатель ответвлений трансформатора регулирования напряжения без возбуждения представляет собой относительно простое механическое устройство, состоящее из статического контакта и подвижного контакта, заключенных внутри бака трансформаторного масла, без подвижных частей, погруженных в масло, которые часто перемещаются, что приводит к чрезвычайно низкой интенсивности отказов и практически отсутствию необходимости в ежедневном обслуживании. Для многих сценариев применения со стабильными нагрузками и небольшими колебаниями напряжения может не потребоваться регулировка положения отвода в течение нескольких лет или даже десятилетий после ввода трансформатора в эксплуатацию, а дополнительные затраты на настройку функции регулирования напряжения нагрузки, очевидно, являются ненужными растратами. Кроме того, объем и вес невозбуждаемого трансформатора-стабилизатора напряжения немного меньше, чем у аналогичных изделий с регулированием напряжения под нагрузкой, что делает его более удобным для транспортировки и монтажа.
Итак, как нам следует выбирать между трансформаторами, регулирующими напряжение без возбуждения, и трансформаторами, регулирующими напряжение на нагрузке, в практических приложениях? Для этого необходимо вернуться к самому фундаментальному различию между ними -, разрешать ли снижение напряжения в условиях нагрузки. Основная ценность переключателей ответвлений под нагрузкой заключается в их способности отслеживать колебания напряжения в сети в реальном-времени, выполнять полное переключение ответвлений в течение нескольких секунд без прерывания подачи питания, что делает их особенно подходящими для ситуаций с частыми изменениями напряжения и высокими требованиями к непрерывности электропитания, например, на крупных подстанциях, прецизионных промышленных производственных линиях, центрах обработки данных и т. д. Трансформаторы, регулирующие напряжение без возбуждения, не могут справиться с внезапными колебаниями напряжения. Если напряжение сети отклоняется от номинального значения из-за изменения нагрузки, ей остается только дождаться следующего планового отключения электроэнергии, чтобы внести коррективы.
Однако не все сценарии электрического поля сталкиваются с серьезными колебаниями напряжения. На выделенной подстанции индустриального парка невозбуждаемый трансформатор, регулирующий напряжение, обеспечивает питание производственной линии, находящейся под ним. Если электросеть парка поступает от региональной подстанции более высокого-уровня и качество напряжения стабильно или если сама производственная линия имеет высокую устойчивость к отклонениям напряжения (например, обычное освещение, отопительное оборудование, водяные насосы, вентиляторы и т. д.), то схема регулирования напряжения без возбуждения может полностью удовлетворить потребности, является более экономичной-эффективной и не вызывающей беспокойства. В сельских распределительных сетях широко используются трансформаторы регулирования напряжения без возбуждения в качестве распределительных трансформаторов, монтируемых на колоннах. Их переключатели ответвлений обычно предварительно-настраиваются на три уровня (например, ± 5 % от номинального напряжения), которые регулируются один или два раза в год в зависимости от сезонных изменений нагрузки (например, летнего и зимнего орошения). Требование к регулированию напряжения на низкой-частоте может быть полностью достигнуто за счет операций отключения электроэнергии без необходимости использования сложных механизмов под нагрузкой. В местах с особыми требованиями к предотвращению взрывов, таких как шахты и химическая промышленность, трансформаторы регулирования напряжения без возбуждения имеют преимущества в плане безопасности из-за отсутствия механизмов переключения под нагрузкой, которые могут генерировать внутри дуги.
Стоит отметить, что, хотя переключатель ответвлений, сконфигурированный в трансформаторе регулирования напряжения без возбуждения, имеет простую конструкцию, все же необходимо строго соблюдать рабочие характеристики. Переключатели ответвлений обычно оснащены четкими панелями индикаторов передач с общими номерами передач 3, 5 или более, каждый из которых соответствует определенному диапазону изменения напряжения (например, ± 2,5%, ± 5%). Операцию переключения необходимо выполнять после того, как трансформатор полностью обесточен и подтверждено отсутствие наведенного напряжения, в противном случае переключение под нагрузкой приведет к серьезной эрозии или даже взрыву контактов. После переключения необходимо с помощью тестера сопротивления постоянному току измерить сопротивление постоянному току в каждом положении ответвителя, убедиться, что трехфазное сопротивление сбалансировано и соответствует заводским данным, а затем перезапустить источник питания. Хотя этот процесс увеличивает рабочую нагрузку при отключении электроэнергии, именно благодаря его управляемости и интуитивности, трансформаторы регулирования напряжения без возбуждения по-прежнему могут надежно управляться в отдаленных районах, где отсутствует профессиональный обслуживающий персонал.
С точки зрения технических стандартов и доступа на рынок, трансформаторы, регулирующие напряжение без возбуждения, соответствуют той же базовой системе стандартов, что и другие силовые трансформаторы, такие как серия IEC 60076 (стандарты Международной электротехнической комиссии) и соответствующие национальные/региональные стандарты (например, североамериканская серия ANSI/IEEE C57.12). Хотя компоненты переключателя ответвлений не так сложны, как специализированные стандарты переключателей нагрузки, они все равно должны соответствовать требованиям IEC 60214-3 (Руководство по применению для переключателей ответвлений без возбуждения) или аналогичных положений. Для экспортного бизнеса путь сертификации для трансформаторов, регулирующих напряжение без возбуждения, точно такой же, как и для обычных силовых трансформаторов: для рынка Северной Америки требуется сертификация UL/cUL, для Европейского Союза требуется самодекларация CE (на основе Директивы по низковольтному оборудованию и Директивы по электромагнитной совместимости) и протоколы испытаний, соответствующие требованиям энергоэффективности ErP, для России и Евразийского экономического союза требуется сертификация EAC, а для Саудовской Аравии требуется сертификация платформы SABRE PCoC и SCoC. Из-за отсутствия сложных электронных компонентов и частых рабочих механизмов сертификационные испытания трансформаторов стабилизации напряжения без возбуждения относительно просты, с более высокой скоростью прохождения испытаний и более короткими циклами сертификации. Это неоспоримый бонус для внешнеторговых заказов, которые стремятся к быстрой доставке и стабильному соблюдению требований.
С точки зрения глобального рынка, трансформаторы регулирования напряжения без возбуждения не были исключены из-за их «простой» технологии. Напротив, обладая двойными преимуществами экономичности и надежности, они по-прежнему занимают значительную долю рынка распределительных трансформаторов. Особенно при строительстве электросетей в развивающихся странах и странах с развивающейся экономикой большое количество распределительных трансформаторов, регулирующих напряжение, устанавливается на опорах и подстанциях коробчатого типа для решения основных проблем электроснабжения с наименьшими затратами. Даже в промышленных проектах в развитых странах для пользователей выделенных линий со стабильными внутренними энергосетями и плавным изменением нагрузки инженеры после анализа экономической эффективности часто рекомендуют трансформаторы регулирования напряжения без возбуждения.
Когда клиенты задаются вопросом о выборе трансформатора, может быть полезно посоветовать им решить, требуется ли возможность регулирования напряжения в реальном времени-в реальном времени для реальной среды электропитания и характеристик нагрузки проекта? Если диапазон колебаний напряжения электросети находится в пределах допустимого диапазона (обычно не превышает ±5%) или если электрооборудование имеет определенный допуск на отклонения напряжения и в дальнейшем нет планов частой регулировки напряжения, то более экономичным и надежным выбором является регулирующий трансформатор напряжения без возбуждения. Если ваш клиент ищет решение по распределению электроэнергии для недавно построенного жилого комплекса, небольшого завода или проекта сельскохозяйственной ирригации, помните: иногда самое простое и прямое решение является лучшим решением. Трансформатор, регулирующий напряжение без возбуждения, с его простой и прочной конструкцией бесшумно выполняет более широкую миссию, чем люди себе представляют в глобальной энергосистеме.
