16.6.3. Линейные регулировочные трансформаторы (лр)
Линейные регулировочные трансформаторы (ЛР) и последовательные регулировочные трансформаторы применяются для регулирования напряжения в отдельных линиях или в группе линий. Так, они применяются при реконструкции уже существующих сетей, в которых используются трансформаторы без регулировки под нагрузкой. В этом случае для регулирования напряжения на шинах подстанции ЛР включаются последовательно с нерегулируемым трансформатором (рис.16.7,а). Для регулирования напряжения на отходящих линиях линейные регуляторы включаются непосредственно в линии (рис.16.7,б).
Линейный регулировочный трансформатор — статический электрический аппарат, который состоит из последовательного 2 и питающего 1 трансформаторов (рис.16.7,в). Первичная обмотка питающего трансформатора 3 может получать питание от фазы А или от фаз В, С. Вторичная обмотка 4 питающего трансформатора содержит такое же устройство переключения контактов под нагрузкой 5, как и в РПН. Один конец первичной обмотки 6 последовательного трансформатора 6 подключен к средней точке вторичной обмотки 4 питающего трансформатора, другой — к переключающему устройству 5. Вторичная обмотка 7 последовательного трансформатора соединена последовательно с обмоткой ВН силового трансформатора, и добавочная ЭДС в обмотке 7 складывается с ЭДС в обмотке ВН.
Если на первичную обмотку 3 питающего трансформатора подается напряжение фазы А (сплошные линии на рис.16.7,в), то ЭДС обмотки ВН силового трансформатора с помощью устройства РПН, описанного выше, регулируется по модулю (рис.16.7,г). При этом — модуль результирующей ЭДС обмотки ВН силового трансформатора и обмотки 7 линейного регулятора, равен:
(16.13)
где — модуль ЭДС в фазе A обмотки ВН силового трансформатора.
Если обмотка 3 подключается к двум фазам B и C (штриховые линии на рис.16.7,в), то результирующая ЭДС обмоток ВН и 7 изменяется по фазе (рис.16.7,д):
(16.14)
Регулирование напряжения по модулю, когда 
и 
совпадают по фазе (рис.16.7,г), называется продольным. При таком регулировании коэффициент трансформации 
— действительная величина. Регулирование напряжения по фазе, когда 
и 
сдвинуты на 90° (рис.16.7,д), называется поперечным. Регулирование напряжения по модулю и фазе называется продольно-поперечным (рис.16.7,е) В этом случае обмотка 3 подключена к фазам А и В. При продольно-поперечном регулировании коэффициент трансформации n — комплексная величина.
Линейные регулировочные трансформаторы большой мощности изготовляются трехфазными, мощностью 16 – 100МВА с РПН ±15%, на 6,6 — 38,5 кВ; последовательные регулировочные трансформаторы – трехфазными мощностью 92 и 240 MBА на 150 и 35 кВ [2].
Электрические сети и системы — Трансформаторы, автотрансформаторы, линейные регуляторы
Электрические сети разных номинальных напряжений соединяются через трансформаторы или автотрансформаторы. Автотрансформаторы могут быть применены только в сетях с глухозаземленной нейтралью, .поэтому их не применяют в сетях напряжением 35 кВ и ниже, работающих в СССР с изолированной нейтралью. Трансформаторы и автотрансформаторы могут быть присоединены в различных пунктах электрических сетей. Режим напряжений в этих пунктах зависит от местных условий: удаленности от источника питания, характера изменения нагрузок, величины потери напряжения и т. п. Эти условия заранее неизвестны, они изменяются в процессе эксплуатации. Трансформаторы и автотрансформаторы снабжают специальными регулировочными ответвлениями, изменяя которые, можно изменить их коэффициент трансформации. Регулировочные ответвления могут переключаться без возбуждения (ПБВ), т. с. с отключением трансформатора, или регулироваться под нагрузкой (РПН). Устройства РПН обычно располагаются на стороне высшего напряжения (ВН) трансформаторов или на стороне среднего напряжения (СН) автотрансформаторов. В автотрансформаторах старых конструкций дополнительные регулировочные агрегаты включались в общую нейтраль, однако при этом условия регулирования напряжения существенно ухудшались. Такие устройства в дальнейшем не рекомендуются.
Трансформаторы с РПН дороже, чем трансформаторы с ПБВ. Удорожание тем больше, чем меньше номинальная мощность трансформатора. Это связано с тем, что стоимость устройства РПН мало зависит от номинальной мощности трансформатора. В понижающих распределительных трансформаторах с ПБВ имеются основное и четыре дополнительных ответвления. Основное ответвление имеет напряжение, равное номинальному напряжению сети 6, 10, 20 кВ. При этом ответвлении коэффициент трансформации называют номинальным. Дополнительные ответвления отличаются от номинального соответственно на +5; +2,5; —2,5 и —5%. Ранее изготовлялись трансформаторы с ПБВ с двумя дополнительными ответвлениями: +5 и —5%. Изменение регулировочных ответвлений в трансформаторах с ПБВ требует их отключения. Поэтому оно производится очень редко, практически только при сезонном изменении нагрузки.
Трансформаторы с обмотками ВН напряжением 35 кВ и выше, как правило, должны изготовляться с РПН. Число регулировочных ответвлений в них достаточно велико. Например, для трансформаторов 110 кВ помимо основного ответвления 115 кВ имеется еще 18 ответвлений. При этом коэффициент трансформации может изменяться в пределах ±9χ1,78% =±16% от номинального. Устройство РПН на регулируемой части обмотки трансформатора или автотрансформатора имеет передвижные контакты, контакторы, используемые при производстве переключений, и токоограничивающее сопротивление. Изменение коэффициента трансформации может производиться вручную или автоматически.
Линейный регулятор JIP (рис. 1-11) представляет собой регулировочный вольтодобавочный трансформатор. Его контакты Л и £ включаются последовательно с линией или с обмоткой трансформатора, не имеющего устройства РПН. Линейный регулятор состоит из последовательного трансформатора а и питающего трансформатора б, выполненных в одном баке с маслом. Первичная обмотка питающего трансформатора (контакты В и Г) присоединяется к сети переменного тока установки. При помощи регулирующего устройства с подвижными контактами виги токоограничивающим сопротивлением Р можно изменять величину и направление напряжения, подведенного к первичной обмотке последовательного трансформатора. При этом изменяются величина и фаза добавочной э. д. с. в обмотке высшего напряжения ЛР. Линейные регуляторы изготовляют на. разные номинальные (мощности от 400 кВА до 125 Мва с различными номинальными напряжениями.
Рис. 1-11. Принципиальная схема одной фазы линейного регулятора ЛР.
Добавочная э. д. с., получаемая с помощью ЛР, может изменяться в пределах ± (10—15)% (±6 ступеней) вручную или автоматически. Линейные регуляторы значительно дороже встроенных устройств для регулирования коэффициента трансформации в трансформаторах с РПН. В сетях 6—10 кВ ЛР выполняются в виде автотрансформаторов.
Что такое линейный дифференциальный трансформатор
Переменный ток, текущий в одной первичной катушке, можно использовать для наведения переменного напряжения в двух вторичных катушках. Если две вторичные катушки идентичны по своим характеристикам, причем два пути магнитных силовых линий, проходящих через эти катушки, также идентичны, то два генерируемых вторичных напряжения будут равны. Прибор с такой структурой называется дифференциальным трансформатором.
Дифференциальный трансформатор может иметь воздушный сердечник или магнитный сердечник.
Две вторичные катушки можно соединить либо синфазно, либо противофазно, причем в первом случае их напряжения складываются одно с другим, а во втором случае вычитаются одно из другого.
Одна первичная катушка используется для возбуждения двух симметричных вторичных катушек, причем последние могут быть соединены так, чтобы вторичные напряжения суммировались одно с другим, или же так, чтобы они вычитались одно из другого.
Если две катушки соединены по схеме вычитания, то при одинаковых значениях их напряжений общее вторичное напряжение будет равно нулю. Если же характеристики магнитной цепи одной из этих катушек намеренно изменить по сравнению с характеристиками магнитной цепи другой катушки, то два вторичных напряжения будут различаться и их разность не будет равна нулю.
При этих условиях фаза суммарного вторичного напряжения указывает, какой путь магнитных силовых линий имеет большее магнитное сопротивление, тогда как амплитуда этого напряжения отражает значение разности магнитных сопротивлений.
Если и для увеличения магнитного сопротивления одного пути и для уменьшения магнитного сопротивления другого пути используется одно и то же воздействие, то выходное напряжение, отражающее это воздействие, достигает максимального значения, а передаточная функция будет обладать наибольшей возможной линейностью.
Поскольку никакие две вторичные катушки и никакие два пути магнитных силовых линий нельзя сделать совершенно одинаковыми, дифференциальный трансформатор всегда имеете на выходе некоторое напряжение даже при нулевом полезном сигнале на входе.
Кроме того, характеристики магнитных цепей нелинейны. В результате этой нелинейности появляются четные гармонические составляющие основной частоты приложенного первичного напряжения возбуждения, которые невозможно полностью скомпенсировать при любой схеме расположения вторичных катушек.
Магнитное сопротивление ферромагнитной цепи с воздушным зазором является функцией ширины зазора с сильно выраженной нелинейностью. Вследствие этого индуктивность катушки, намотанной вокруг такой цепи — также нелинейная функция ширины зазора.
В то же время, если имеются два более или менее идентичных пути магнитных силовых линий, каждый с воздушным зазором, и если ширина одного зазора увеличивается при уменьшении ширины другого, то разность магнитных сопротивлений этих путей может изменяться в достаточной степени линейно.
Основные принципы устройства дифференциального трансформатора на практике воплощаются в различные конкретные конструктивные конфигурации, предназначенные для множества различных целей.
Линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор (LVDT, Linear Variable Differential Transformer) — это пассивный преобразователь (датчик), который работает по принципу взаимной индукции и может использоваться для измерения смещения, натяжения, давления и веса.
Чаще всего они использу ю тся для измерения смещения в диапазоне от нескольких миллиметров до сантиметров напрямую преобразу я смещение в электрический сигнал.
Индуктивность катушки, вблизи или внутри которой находится ферромагнитный стержень, является функцией координаты положения этого стержня по отношению к катушке с сильно выраженной нелинейностью.
Если же такой стержень представляет собой ферромагнитную цепь некоторого дифференциального трансформатора, то вторичное разностное напряжение может служить показателем перемещения стержня, зависящим в достаточной степени линейно от этого перемещения.
Первичная обмотка подключена к источнику переменного тока. Две вторичные обмотки S1 и S2 имеют равное количество витков и установлены последовательно друг против друга.
Таким образом, ЭДС, индуцированная в этих обмотках, не совпадают по фазе на 180° друг с другом, и, таким образом, общий эффект нивелируется.
Положение симметричного ферромагнитного сердечника, предусмотренного в конструкции дифференциального трансформатора, можно определить по фазе и амплитуде вторичного напряжения.
Абсолютная разность двух вторичных напряжений указывает абсолютную величину смещения стержня относительно центрального, или нулевого, положения, а фаза этого разностного напряжения указывает направление смещения.
Кривая ввода-вывода линейно-регулируемого дифференциального трансформатора показана на рисунке.
Пример использования линейного дифференциального трансформатора для обеспечения точной обратной связи по положению при мониторинге и управлении клапанами на химических заводах, электростанциях и сельскохозяйственном оборудовании:
Погружные датчики перемещения LVDT D5W:
Эти преобразователи предназначены для измерения смещения и положения. Они обеспечивают точное измерение положения якоря (скользящей части) относительно корпуса датчика перемещения.
Погружные преобразователи перемещений предназначены для выполнения измерений, когда они погружены в подходящие жидкости. Немагнитные жидкости могут заливать трубку якоря, не влияя на работу преобразователя. Такие преобразователи доступны в версиях с неуправляемым приводом или с пружинным возвратом.
При автоматизации различных технологических процессов часто используются двухсторонние преобразователи с дифференциальным трансформатором с ферромагнитным стержнем, который введен своими концами на одинаковые расстояния внутрь двух вторичных катушек.
При осевом движении стержня он вдвигается глубже в одну из этих катушек и выдвигается из другой. Абсолютная разность двух вторичных напряжений указывает абсолютную величину смещения стержня относительно центрального, или нулевого, положения, а фаза этого разностного напряжения указывает направление смещения.
Роторно-регулируемый дифференциальный трансформатор :
Роторно-регулируемый дифференциальный трансформатор — это пассивный преобразователь, работающий по принципу взаимной индукции. Он используется для измерения углового смещения.
Его конструкция аналогична линейно-регулируемого дифференциального трансформатора, за исключением конструкции сердечника.
Первичная обмотка подключена к источнику переменного тока. Две вторичные обмотки S1 и S2 имеют равное количество витков и установлены последовательно друг против друга.
Преимущества линейного дифференциального трансформатора:
- Нет физического контакта между сердечником и катушками ;
- Высокая надежность;
- Быстрый отклик ;
- Длительный срок эксплуатации.
Это наиболее широко используемый индуктивный датчик благодаря его высокой точности.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Линейный регулировочный трансформатор продольно-поперечного регулирования напряжения в электрических сетях с изолированной нейтралью
Линейный регулировочный трансформатор продольно-поперечного регулирования напряжения в электрических сетях с изолированной нейтралью, входящий в его состав регулировочный трансформатор имеет две регулировочные обмотки на каждую фазу, а входящий в его состав вольтодобавочный трансформатор имеет две управляющих обмотки на каждую фазу. Подключаемые к каждой питающей обмотке регулировочного трансформатора фазы подобраны таким образом, чтобы с помощью регулировочных обмоток осуществлялось регулирование напряжения ЛЭП как по модулю, так и по фазе, что дает возможность формировать точки потокоразделов в замкнутых сетях по активной и реактивной мощностям, обеспечивающие потерь электроэнергии.
Название полезной модели:
H01F «Линейный регулировочный трансформатор продольно-поперечного регулирования напряжения в электрических сетях с изолированной нейтралью»
Область техники — электроэнергетика.
Уровень техники. Известны способы продольно-поперечного регулирования напряжения с помощью двух линейных вольтодобавочных трансформаторов и регулирующими устройствами, выполненными с помощью силовых полупроводниковых элементов [2]. Данное техническое решение принято в качестве прототипа. Недостатком этого решения является наличие двух вольтодобавочных трансформаторов и необходимость компенсации высших гармоник токов и напряжений, вызванных работой силовых полупроводниковых устройств.
Раскрытие полезной модели.
Сущность полезной модели
Полезная модель относится к активно-адаптивным элементам интеллектуальных электрических сетей и может быть использована для раздельного регулирования напряжения по модулю и по фазе в неоднородных замкнутых сетях напряжением 6-35 кВ. Регулирование осуществляется в реальном времени по данным дистанционного мониторинга параметров режима электрической сети. При регулировании напряжения в реальном времени с помощью программы верхнего уровня и системы управления линейным регулировочным трансформатором формируются оптимальные точки потокораздела по активной и реактивной мощности.
Техническим результатом использования полезной модели является снижение потерь электроэнергии с условием обеспечения ее качества у конечных потребителей.
Основной задачей, решаемой полезной моделью является снижение потерь электроэнергии с условием обеспечения ее качества у конечных потребителей.
Существенным признаком полезной модели является наличие двух фазных обмоток у регулировочного и вольтодобавочного трансформаторов. Признаками, отличающими полезную модель от прототипа являются наличие только одного вольтодобавочного трансформатора и отсутствие в составе модели силовой полупроводниковой техники.
Характеристика полезной модели
Конструктивно модель состоит из двух масляных трансформаторов регулировочного и вольтодобавочного, подключаемых к линии электропередачи и связанных между собой жесткой ошиновкой. Регулировочный трансформатор имеет в своем составе два переключателя ответвлений обмоток под нагрузкой на каждую фазу.
Краткое описание чертежей
Линейный регулировочный трансформатор продольно-поперечного регулирования (ЛРТППР) состоит из вольтодобавочного трансформатора (ВДТ) и регулировочного трансформатора (РТ), (Рис.1). Отличительным признаками ВДТ является наличие двух управляющих обмоток в каждой фазе. Отличительным признаком РТ является также наличие двух регулировочных обмоток с переключателями ответвлений под нагрузкой типа РПН. В условиях отсутствия заземленной нейтрали питающие обмотки РТ подключены к междуфазным напряжениям.
Подключаемые к каждой питающей обмотке фазы подобраны таким образом, чтобы с помощью регулировочных обмоток осуществлялось регулирование напряжения ЛЭП как по модулю, так и по фазе, как показано на векторной диаграмме рис.2.
Осуществление полезной модели
Полезная модель может быть осуществлена после разработки технических условий на ее производство, изготовления и включения в неоднородную линию электропередачи по схеме рис.1. Для управления работой ЛРТППР в ее состав должны быть включены известные схемы телеизмерения и телеуправления. Необходима также разработка программы высшего уровня для оптимального управления моделью.
Возможность получения заявленного технического результата подтверждается широким применением в электрических сетях размыкания линий с двухсторонним питанием в целях уменьшения потерь электроэнергии [3]. Предлагаемая полезная модель должна в реальном времени формировать оптимальные точки потокораздела, что равнозначно размыканию линии в этих точках.
Формирование оптимальных точек потокоразделов по активной и реактивной мощностям достигается изменением модуля и фазы напряжения за ВДТ с помощью программы высшего уровня. Укрупненная блок схема этой программы представлена на рис.3.
Формула полезной модели
Линейный регулировочный трансформатор продольно-поперечного регулирования напряжения в электрических сетях с изолированной нейтралью имеет регулировочный трансформатор с двумя регулировочными обмотками на каждую фазу и вольтодобавочный трансформатор с двумя управляющими обмотки на каждую фазу.
Список документов, цитируемых в отчете о поиске:
1. Френкель В.Ю., Шифрин Л.Н. Продольно-поперечное регулирование в мощных автотрансформаторах. Электротехническая промышленность. Серия «Аппараты высокого напряжения, трансформаторы, силовые конденсаторы», 1974, вып.11.
2. Патент RU(11)2158953(13)С1. Трансформаторно-тиристорный компенсатор отклонения напряжения и реактивной мощности.
3. Инструкция по снижению технологического расхода электрической энергии на передачу по электрическим сетям энергосистем и энергообъединений. И34-70-028-86. РД 34.09.254.
Линейный регулировочный трансформатор продольно-поперечного регулирования напряжения в электрических сетях с изолированной нейтралью имеет регулировочный трансформатор с двумя регулировочными обмотками на каждую фазу и вольтодобавочный трансформатор с двумя управляющими обмотки на каждую фазу.