Напряжение на шинах подстанции меняется вместе с нагрузкой: утром и вечером оно падает, ночью — растет. Чтобы удержать его в допустимых пределах, силовые трансформаторы оснащают устройствами регулирования — РПН или ПБВ. Разберем, чем они отличаются, как устроены и когда применяется каждый способ.
Способы регулирования напряжения
Существует два принципиально разных подхода к регулированию напряжения силового трансформатора:
- Изменение коэффициента трансформации — переключение числа витков обмотки. Это основной способ, реализуемый через РПН и ПБВ.
- Изменение магнитного потока — подмагничивание сердечника. В силовых трансформаторах применяется редко.
Оба устройства — РПН и ПБВ — меняют число активных витков обмотки ВН, изменяя коэффициент трансформации. Разница только в том, происходит это под нагрузкой или при отключении.
РПН: устройство и принцип работы
Конструкция
Устройство РПН размещается в баке трансформатора, чаще всего в нейтрали обмотки ВН. Причина — на стороне ВН токи меньше, значит, контакты переключателя можно сделать компактнее и дешевле. РПН состоит из:
- избирателя — выбирает нужную отпайку;
- контактора — переключает ток под нагрузкой;
- токоограничивающих резисторов — гасят дугу при переключении;
- привода — электрического или ручного.
Диапазоны и ступени
Стандартные диапазоны РПН — от ±10 до ±16% с шагом 1,5%. Число ступеней — 12, 16 или 18. Чем больше ступеней, тем точнее регулирование, но тем сложнее и дороже устройство.
| Класс напряжения | Тип регулирования | Диапазон | Ступени |
|---|---|---|---|
| 110 кВ Класс напряжения | РПН Тип регулирования | ±6%, ±9 ступеней Диапазон | 1,5% Ступени |
| 220 кВ Класс напряжения | РПН Тип регулирования | ±12%, ±12 ступеней Диапазон | 1,5% Ступени |
| 35 кВ Класс напряжения | ПБВ Тип регулирования | ±(2×2,5%) Диапазон | 2,5% Ступени |
| 10 кВ Класс напряжения | ПБВ Тип регулирования | ±(2×2,5%) Диапазон | 2,5% Ступени |
Автоматическое регулирование
РПН работает в паре с автоматическим регулятором. Регулятор измеряет напряжение на шинах НН и подает команду на переключение отпайки, если напряжение выходит за заданные пределы. Это позволяет поддерживать качество электроэнергии без участия персонала.
ПБВ: устройство и применение
Конструкция
ПБВ — это простой переключатель без дугогасительных устройств. Он устанавливается на крышке бака трансформатора и переключается вручную при полном отключении от сети. Контакты ПБВ рассчитаны на работу без тока, поэтому их конструкция проще и дешевле.
Ступени
ПБВ обычно имеет четыре ступени: +5%, +2,5%, 0, -2,5%, -5%. Шаг — 2,5%. Этого достаточно для сезонного регулирования: зимой напряжение повышают, летом — понижают.
Сезонное регулирование
ПБВ переключают дважды в год — перед зимним и летним максимумом нагрузки. Это требует вывода трансформатора из работы, поэтому ПБВ применяется на подстанциях, где перерыв допустим: в распределительных сетях 6–35 кВ.
Сравнение РПН и ПБВ
| Параметр | РПН | ПБВ |
|---|---|---|
| Регулирование Параметр | Под нагрузкой РПН | Без возбуждения ПБВ |
| Диапазон Параметр | ±10–16% РПН | ±5% ПБВ |
| Ступени Параметр | 1,5% РПН | 2,5% ПБВ |
| Число ступеней Параметр | 12, 16, 18 РПН | 4 ПБВ |
| Применение Параметр | 35 кВ и выше РПН | до 35 кВ ПБВ |
| Отключение Параметр | Не требуется РПН | Требуется ПБВ |
«РПН экономит время: не нужно отключать трансформатор для регулировки. Но обслуживание РПН сложнее, чем ПБВ — больше движущихся частей, чаще ревизия».Главный инженер подстанции 110/35/10 кВ
Расчет отпаек
Чтобы выбрать нужную отпайку, используют формулу:
U_отп = U_ном × (1 ± n × ΔU)
где U_ном — номинальное напряжение ступени, n — номер ступени, ΔU — шаг регулирования. Например, для РПН с шагом 1,5% и диапазоном ±6% доступны ступени: -6%, -4,5%, -3%, -1,5%, 0, +1,5%, +3%, +4,5%, +6%.
Пример: трансформатор 110/10 кВ, РПН на стороне ВН. Нужно поднять напряжение на НН на 3%. Выбираем отпайку -3% на стороне ВН: коэффициент трансформации уменьшается, напряжение на НН растет.
Встречное регулирование
Встречное регулирование — принцип, при котором напряжение на шинах НН поддерживается постоянным независимо от нагрузки. Когда нагрузка растет и напряжение падает, РПН переключает отпайку, повышая напряжение. Когда нагрузка падает, РПН снижает напряжение. Это обеспечивает стабильное качество электроэнергии у потребителя.
FAQ
Что запомнить
РПН и ПБВ — не конкуренты, а инструменты для разных условий. РПН выбирают там, где нагрузка меняется в течение суток и отключения недопустимы. ПБВ — там, где достаточно двух переключений в год. При проектировании сначала определяют требуемый диапазон регулирования, затем выбирают тип устройства, и только после этого — модель трансформатора.
